En numerosas ocasiones habrás oído hablar de la conductividad térmica. La conductividad térmica es algo que nos encontramos en nuestro día a día y en la mayoría de las ocasiones, prácticamente no somos conscientes de este fenómeno. ¿Por qué cuando tenemos frío y alguien nos abraza, aumenta nuestra temperatura corporal? ¿Como pasa el calor de la vitrocerámica a la olla y de la olla al agua? Todo eso y muchas otras cosas de nuestro día a día tienen una explicación: la conductividad térmica.
¿Qué es la conductividad térmica de los materiales?
La conductividad térmica es una propiedad física que tienen los materiales y que les permite transferir la energía cinética de sus moléculas a otras adyacentes, o lo que es lo mismo, la capacidad que tienen para transferir el calor. Se trata de una magnitud intensiva. Una magnitud intensiva es aquella que no depende de la cantidad de moléculas que tiene un cuerpo o sistema. Su magnitud inversa es la resistencia térmica, que se define como la capacidad que tienen los materiales de bloquear la transferencia de calor.
El movimiento de las moléculas de un objeto aumenta cuanta mayor sea la temperatura de ese objeto. Si colocamos un cuchara muy caliente dentro de una tarrina de helado muy frío, en un principio las moléculas de la cuchara se moverán a gran velocidad y chocarán constantemente con las moléculas adyacentes, es decir, las moléculas del helado (que se estarán moviendo a muy baja velocidad). A medida que las moléculas choquen entre sí, las moléculas del helado irán aumentando su velocidad de movimiento, mientras que las moléculas de la cuchara irán reduciendo progresivamente su velocidad. Este fenómeno es conocido como equilibrio térmico. El equilibrio térmico se producirá cuando tanto las moléculas de la cuchara como las del helado, se muevan a la misma velocidad.
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Unidad de medida de la conductividad térmica
La conductividad térmica se mide en W/(K·m) (W=watios; K=Kelvin; m=metro). Eso sería proporcionalmente equivalente a J/(s·K·m) (Julios por segundo, Kelvin y metro). Así pues, según el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de conductividad térmica es el flujo térmico de un vatio, sin intercambio de materia, entre dos planos paralelos de un metro cuadrado de la superficie de un objeto. La unidad de medida de la conductividad térmica, según el SI, se representa con la letra griega lamda (λ). En Estados Unidos, también suele utilizarse la letra k.
La conductividad térmica viene dada por la Ley de Fourier, la cuál establece que el flujo de calor a través de una superficie, un área (Q/A) es proporcional a la diferencia de temperaturas entre los distintos puntos del cuerpo (gradiente de temperaturas). Se expresaría de la siguiente forma:
En este caso, q sería el flujo de calor (por unidad de tiempo y unidad de área) y ∇T sería el gradiente de temperatura.
¿Qué materiales favorecen la conductividad térmica?
La conductividad térmica varía en función del tipo de material que estemos analizando. Los materiales con mayor conductividad térmica son los metales (plata, cobre, bronce, acero…), mientras que los polímeros son los que menos conductividad térmica tienen, también conocidos como aislantes térmicos. A continuación os dejamos una tabla con algunos ejemplos:
| ↑ Conductividad térmica | λ | ↓ Conductividad térmica | λ |
|---|---|---|---|
| Diamante | ≅2300 | Aire | ≅0,02 |
| Plata | ≅413 | Corcho | ≅0,03 |
| Cobre | ≅380 | Amianto | ≅0,04 |
| Oro | ≅308 | Fibra de vidrio | ≅0,05 |
| Litio | ≅301 | Madera | ≅0,13 |
| Aluminio | ≅237 | Alcohol | ≅0,16 |
| Bronce | ≅150 | Parafina | ≅0,21 |
| Zinc | ≅120 | Glicerina | ≅0,29 |
| Latón | ≅100 | Mica | ≅0,35 |
| Mercurio | ≅84 | Agua | ≅0,58 |
| Hierro | ≅80 | Vidrio | ≅0,8 |
¿Cómo se propaga el calor?
El calor se puede propagar de tres formas distintas: por conducción, por convencción o por radiación:
- Conducción: se produce cuando el calor se propaga a través del contacto directo entre dos cuerpos sólidos.
- Convección: cuando el calor se transmite entre varios fluidos (gases o líquidos). Puede ser por movimiento natural o por circulación forzada, utilizando molinos, turbinas o ventiladores.
- Radiación: cuando el calor se transmite entre dos cuerpos sin contacto. El calor se transfiere a través de emisiones de ondas electromagnéticas.
Un buen ejemplo de conductividad térmica por radiación podría ser el calor que nos proporciona el sol. Obviamente, somos incapaces de tocar el sol, por lo que el calor que nos transmite, se propaga a través de ondas electromagnéticas. Cuando llega el invierno y nos decidimos a encender nuestra querida estufa de gas, podría ser un buen ejemplo de conductividad térmica por convección. Mientras que cuando calentamos los alimentos en la sartén, hablamos de transmisión del calor por conducción.
Así pues, esperamos que os hayamos ayudado a entender mejor qué es la conductividad térmica, qué materiales son más conductores y cuáles menos. Recuerda que la conductividad térmica es una propiedad que tienen todos los materiales y que por lo tanto aunque no seamos conscientes, vemos ejemplos de dicha conductividad a diario. Te invitamos a que a partir de ahora, te fijes más en esos pequeños detalles y encuentres significado a este popular y conocido fenómeno.
