Conductivitat tèrmica
La conductivitat tèrmica (simbolitzada λ o k) és la mesura de la facilitat amb la qual la calor passa a través d'un material i depèn únicament de la natura del material i no de la seva forma.[1] Tècnicament, és la quantitat d'energia que passa per unitat de temps a través d'una secció de material d'una unitat d'àrea, sotmesa a un gradient de temperatura entre les dues cares.[2][3]
La conductivitat tèrmica es pot definir com la constant de proporcionalitat entre el flux de calor a observar i el gradient de temperatura que el provoca:
- Conductivitat tèrmica = flux de calor / (gradient de temperatura)
o en fórmules, en el supòsit que una barra llarga d amb secció S, i que té els seus dos extrems en contacte amb dues fonts de calor a diferents temperatures:
On:
- Qtaxa és la taxa de transferència de calor o flux de calor (mesurat en watts), és a dir, la quantitat de calor que passa per unitat de temps a través de la secció S de la barra;
- D és la longitud de la barra (és a dir, la distància entre els punts a temperatura i ), que se suposa uniforme;
- S és l'àrea de la secció transversal de la barra, perpendicular respecte a la direcció del gradient de temperatura, és a dir, la direcció en la qual es mesura la longitud d;
- T1 e T₂ són les temperatures en els extrems de la barra.
Una conductivitat tèrmica d'1 watt per metre i kelvin indica que una quantitat de calor d'un joule (J) es propaga a través d'un material per conducció tèrmica:
- en 1 segon
- per una superfície de 1m²
- per un espessor de 1m que és la separació entre les dues capes.
- quan la diferència de temperatures entre les dues cares és de 1K.
Com més gran sigui la seva conductivitat tèrmica, un material serà millor conductor de la calor. Com més baix sigui, el material serà més aïllant. Per exemple, el coure té una conductivitat de 385 watts per kelvin i metre, i és més de 10000 vegades millor conductor de la calor que el poliuretà (0,035 watts per kelvin i metre).
Unitats
En el SI d'unitats la conductivitat tèrmica es mesura en watts per metre kelvin, W/(m·K)
Conductivitat tèrmica d'alguns materials
Normalment, la conductivitat tèrmica va aparellada a la conductivitat elèctrica, com per exemple, en el cas dels metalls, que presenten un valor elevat d'amdues. Una excepció notable és la del diamant, que presenta una alta conductivitat tèrmica però una baixa conductivitat elèctrica. El nou nanomaterial grafè, té una conductivitat tèrmica de 5000 W·m-1·K-1 aproximadament, situant-lo com un material molt més conductor que el diamant.
| Substància | W·m-1·K-1 |
|---|---|
| Diamant natural | 1000[4] - 2200[5] |
| Plata | 406[6]-407[7]-418[8]−427[9]-429[10][4][11] |
| Coure | 353.1[7]−368.7[7]−385[6]-386[7][8]-390[12]-401[10][13] |
| Or | 314[6]-315[7]-318[8][14] |
| Alumini | 204.3[7]-205[6]−214.6[7]-220[8]-237[12][9][15]−249.3[7]-250[10] |
| Llautó | 111 |
| Platí | 70 |
| Quars | 8 |
| Vidre | 1 |
| Aigua destil·lada | 0,6 |
| Maó | 0,8 |
| Llana | 0,05 |
| Vermiculita | 0,046 |
| Poliestirè expandit | 0,03 |
| Aire sec (a 300 K, 100 kPa) | 0,026 |
| Aerogel de sílice | 0,013 en panells al buit a la pressió de 1,7 x 10-5 atmosferes |
Referències
Vegeu també
- Resistència tèrmica és la inversa de la conductància tèrmica.
- Conductància tèrmica, aplicable quan parlem d'una quantitat concreta de material.
- Capacitat calorífica
- Emmagatzematge calorífic
- Transmitància
- Coeficient de conductivitat tèrmica