Definición de conductividad térmica
La conductividad es una propiedad que disponen los elementos que son conductivos. Así se llama a aquellos materiales que cuentan con la capacidad de transmitir la electricidad o el calor.
Cuando un material permite que pase la electricidad a través de sí mismo se dice que tienen conductividad eléctrica. En cambio, si permite el paso del calor se habla de conductividad térmica.
Puede indicarse, por lo tanto, que la conductividad térmica es la propiedad de aquellos elementos que posibilitan la transmisión de calor. Esta propiedad física implica que, cuando una materia dispone de conductividad térmica, el calor pasa del cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura que se encuentra en contacto con él.
Esta transmisión de calor supone un intercambio de energía interna (que combina la energía potencial y la energía cinética) de los electrones, los átomos y las moléculas. A mayor conductividad térmica, mejor conducción del calor. La propiedad inversa es la resistividad térmica, que señala que, a menor conductividad térmica, más aislamiento del calor (más resistividad).
Con respecto a la energía potencial, podemos decir que se trata de la energía mecánica que se asocia a la ubicación de un cuerpo en un campo de fuerzas (en este caso hablamos de energía electrostática o gravitatoria, entre otras) o bien a la presencia de un campo de fuerzas dentro del propio cuerpo (en tal caso, la energía sería elástica). En otras palabras, la energía potencial es el resultado de que el sistema de fuerzas que repercute en un cuerpo determinado sea conservativo, es decir, que su trabajo total sobre una partícula sea nulo.
La energía cinética de un cuerpo, por su parte, es la que tiene gracias a su movimiento. Se trata del trabajo que se necesita para conseguir su aceleración partiendo del reposo hasta una velocidad dada. Cuando el cuerpo alcanza esta energía a lo largo de la aceleración, la mantiene a menos que altere su velocidad. Para regresar al estado de reposo, es necesario realizar un trabajo negativo con la misma magnitud.
Al calentar la materia, aumenta la energía cinética promedio de sus moléculas, y esto hace que se incremente su nivel de agitación. A nivel molecular, la conducción de calor se da a causa de que las moléculas interactúen entre ellas intercambiando energía cinética sin realizar movimientos globales de materia. Cabe mencionar que a nivel macroscópico es posible modelizar este fenómeno por medio de la ley de Fourier.
La ley de Fourier señala que la conductividad térmica acarrea un flujo proporcional por conducción de transferencia de calor (el proceso mediante el cual se propaga el calor en diferentes medios), en un medio isótropo (un espacio en el cual las propiedades físicas no están atadas a la dirección en la que se las examina), que es proporcional y opuesto al gradiente de temperatura en dicha dirección.
La fórmula de la ley de Fourier establece que el flujo de calor que se da en una superficie dada, medida con una unidad determinada, es igual a la conductividad térmica por el gradiente de temperatura dentro del material, todo multiplicado por -1.
Los metales son buenos conductores térmicos: por eso se utilizan en aquellos procedimientos industriales donde se pretende maximizar la transmisión de calor. Otros materiales, como la fibra de vidrio, tienen una conductividad térmica tan reducida que se emplean como aislantes.
La capacidad de conducción del calor se señala a través de una magnitud conocida como coeficiente de conductividad térmica. Este coeficiente, en el Sistema Internacional de Unidades, se expresa en vatios / (metro x kelvin). También puede expresarse en BTU / (hora x pie x Fahrenheit) en el sistema anglosajón y en kilocalorías / (hora x metro x kelvin) en el sistema técnico.