Conductividad térmica
La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales o cuerpos que determina la capacidad de transferir calor por conducción. Generalmente, el símbolo de la conductividad térmica es k o λ (lambda), y es la propiedad inversa o recíproca de la resistividad térmica.
En la transferencia de calor por conducción existe un contacto directo entre partículas, sin intercambio de materia. Aunque cada material posee una conductividad térmica específica, el calor siempre fluye de mayor a menor temperatura. Esto sucede porque las partículas con mayor energía transmiten su energía cinética al chocar con otras.
Por tanto, la energía térmica se transfiere de un cuerpo a otro cuerpo que esté a una temperatura inferior. Si un material tiene una conductividad térmica muy alta, transferirá calor con mucha facilidad, sea a través de sus partículas o hacia otro cuerpo. Decimos entonces que el material es un buen conductor de calor, como es el caso de los metales.
En cambio, si la conductividad térmica es muy baja, se requerirá muchísima energía térmica para que el material transfiera calor. Es decir, el cuerpo es un buen aislante de calor, o lo que es lo mismo, posee alta resistividad térmica. Un ejemplo de materiales con esta característica son los gases, ya que las partículas que los componen están muy separadas entre sí.
Un ejemplo de conductividad térmica es el agua, de unos 0.58 vatios por metro-Kelvin (W / m·K). A pesar de no tener una conductividad térmica significativa, sí es lo suficientemente alta como para conducir calor.
Uno de los factores que afectan más a la conductividad térmica es la temperatura. Las variaciones de temperatura provocan cambios en las propiedades de los materiales, entre ellas la conductividad térmica. Otro factor importante es el estado de la materia, pues los sólidos y líquidos son mejores conductores que los gases.
La densidad del material también influye. Mientras más alta es, más cerca están las partículas entre sí, por lo que transmiten mejor la energía cinética. La presencia de convección, otro tipo de transferencia de calor, disminuye la conductividad térmica. Por último, si un material es un excelente conductor eléctrico, también suele ser un buen conductor de calor.
Fórmula y unidades de la conductividad térmica
En el Sistema Internacional de Unidades, la conductividad térmica se mide en vatios por metro-Kelvin, W / m·K. Estas unidades son equivalentes a julios por metro-Kelvin-segundo, J / m·K·s, ya que un vatio es lo mismo que un julio por segundo.
La conductividad térmica se puede calcular con la siguiente fórmula:
En que:
- Q es el flujo de calor, en julios, J;
- L es la longitud o el grosor del material, en metros, m;
- A es el área de la superficie del material, en metros cuadrados, m2;
- Tc-Tf es el gradiente o variación de temperatura, en que Tc es la temperatura caliente o más alta y Tf la temperatura fría o más baja, ambas en Kelvin, K;
- y t es la duración del flujo de calor, en segundos, s.
Por ejemplo, en 4 segundos se transmite un flujo de calor de 500 julios a través de un material de 2 metros de grosor y 5 metros cuadrado de superficie. Además, el gradiente de temperatura es de 20 K.
Aplicamos la fórmula para el ejemplo:
La conductividad térmica del material es de 2.5 W / m·K.
Cabe aclarar que la conductividad térmica es una propiedad fija de un material cuando las condiciones del medio son las mismas. Una forma de ver esto es simplificando la fórmula.
Imaginemos que el grosor del material L es 1 m, el área de transmisión de calor A es 1 m2, la duración t es 1 s, y el gradiente de temperatura Tc-Tf es 1 K.
En ese caso, tenemos:
Si el flujo de calor Q es muy alto, significa que el material tiene una conductividad térmica alta, por lo que es buen conductor de calor. Por tanto, es capaz de transmitir mucho calor en un segundo, calentándose rápido en el proceso.
Si el flujo de calor es muy bajo, será un aislante térmico, ya que su conductividad térmica será muy baja. En otras palabras, en un segundo transmitirá poco calor, calentándose de forma más lenta.
Es decir, la conductividad térmica de un material viene dada por cuánto flujo de calor puede transmitir a través de él, lo que a su vez indica cuán rápido o lento se calienta.
Vea también Calor y Temperatura.
Ejemplos de conductividad térmica
El diamante posee una de las conductividades térmicas más altas, de entre 2000 y 2500 W / m·K. Como comparación, el aire a la altura del mar y 0 ºC tiene una conductividad muchísimo menor, de unos 0.024 W / m·K.
Otras conductividades térmicas a destacar, en condiciones estándar y con magnitudes aproximadas, son:
- Agua: 0.58 W / m·K
- Hielo: entre 1.5 y 2.3 W / m·K
- Cobre: 401 W / m·K
- Hierro: entre 70 y 80 W / m·K, pero depende mucho de su pureza
- Acero: entre 45 y 50 W / m·K
- Aluminio: entre 205 y 237 W / m·K
- Mercurio: 8.3 W / m·K
- Madera: entre 0.04 y 0.12 W / m·K, aunque depende de qué tipo es y del contenido de agua
- Lana: hasta 0.04 W / m·K
- Oro: 314 W / m·K
- Plata: entre 400 y 430 W / m·K
- Vidrio: entre 0.5 y 1.5 W / m·K
- Ladrillo: entre 0.5 y 1 W / m·K
- Alcohol: entre 0.16 y 0.2 W / m·K
No obstante, recuerda que la conductividad térmica de un material cambia acorde a muchos factores.
Para qué sirve la conductividad térmica
La conductividad térmica es un parámetro clave en la fabricación de materiales. Por ejemplo, los dispositivos electrónicos y máquinas que generan mucha calor en funcionamiento se benefician de los disipadores.
Los disipadores son objetos metálicos, usualmente de cobre o aluminio, que están en contacto con diferentes partes de los dispositivos y máquinas. Al ser metales, conducen el calor muy bien, por lo que absorben gran parte de la energía térmica que se genera. De esta forma, evitamos que las máquinas se sobrecalienten.
Otro uso de la conductividad térmica alta es la cocina. Las ollas y sartenes suelen estar hechas de metal o con alguna proporción de metal. Gracias a ello, es fácil llevar el agua al punto de ebullición y cocinar alimentos.
La conductividad térmica también influye de cara a producir materiales aislantes de calor. En países con temperaturas extremas, es crucial que las paredes de las casas contengan fibras de vidrio, aire o EPS (poliestireno expandido). Estos materiales son conocidos por tener baja conductividad térmica, lo que ayuda a mantener la temperatura en el interior del hogar.
Por último, algunas sartenes tienen mangos de madera o silicona, entre otros materiales aislantes, que nos permiten moverlas de un lado a otro sin quemarnos.
Diferencia entre conductividad térmica y eléctrica
La conductividad eléctrica es la capacidad que poseen los cuerpos o materiales para transmitir energía eléctrica de un cuerpo a otro, o de un punto a otro. La conductividad térmica, en cambio, es la capacidad de transferir calor.
No obstante, en una corriente eléctrica se transfiere energía térmica, pues el flujo de electrones genera energía cinética que se disipa parcialmente como calor. Es por eso que la conductividad térmica y eléctrica guardan cierta relación.
Vea también Transferencia de calor y Energía térmica.
Cómo citar: Rhoton, Stephen (04/08/2025). "Conductividad térmica". En: Significados.com. Disponible en: https://www.significados.com/conductividad-termica-que-es/ Consultado:
