Conductividad térmica

La conductividad térmica de un material es una medida de su capacidad para conducir calor . Se denota comúnmente por , o .${\ Displaystyle k}$${\ Displaystyle \ lambda}$${\ Displaystyle \ kappa}$

La transferencia de calor ocurre a una tasa menor en materiales de baja conductividad térmica que en materiales de alta conductividad térmica. Por ejemplo, los metales suelen tener una alta conductividad térmica y son muy eficientes para conducir el calor, mientras que lo contrario es cierto para los materiales aislantes como la espuma de poliestireno . En consecuencia, los materiales de alta conductividad térmica se utilizan ampliamente en aplicaciones de disipadores de calor y los materiales de baja conductividad térmica se utilizan como aislamiento térmico . El recíproco de la conductividad térmica se llama resistividad térmica .

La ecuación que define la conductividad térmica es , donde es el flujo de calor , es la conductividad térmica y es el gradiente de temperatura . Esto se conoce como ley de Fourier para la conducción de calor. Aunque comúnmente se expresa como un escalar , la forma más general de conductividad térmica es un tensor de segundo rango . Sin embargo, la descripción tensorial solo se hace necesaria en materiales que son anisotrópicos .${\ Displaystyle \ mathbf {q} = -k \ nabla T}$${\ Displaystyle \ mathbf {q}}$${\ Displaystyle k}$${\ Displaystyle \ nabla T}$

Considere un material sólido colocado entre dos ambientes de diferentes temperaturas. Sea la temperatura a y sea ​​la temperatura a , y suponga . Una posible realización de este escenario es un edificio en un día frío de invierno: el material sólido en este caso sería la pared del edificio, separando el ambiente exterior frío del ambiente interior cálido.${\ Displaystyle T_ {1}}$${\ Displaystyle x = 0}$${\ Displaystyle T_ {2}}$${\ Displaystyle x = L}$${\ Displaystyle T_ {2}> T_ {1}}$

De acuerdo con la segunda ley de la termodinámica , el calor fluirá del ambiente caliente al frío cuando la diferencia de temperatura se iguale por difusión. Esto se cuantifica en términos de un flujo de calor , que da la tasa, por unidad de área, a la que el calor fluye en una dirección dada (en este caso menos la dirección x). En muchos materiales, se observa que es directamente proporcional a la diferencia de temperatura e inversamente proporcional a la distancia de separación : ^[1]${\ Displaystyle q}$${\ Displaystyle q}$${\ Displaystyle L}$

La conductividad térmica se puede definir en términos del flujo de calor a través de una diferencia de temperatura.${\ Displaystyle q}$

Valores experimentales de conductividad térmica ^{[ aclaración necesaria ]}

Los componentes del sistema de escape con revestimientos cerámicos que tienen una conductividad térmica baja reducen el calentamiento de los componentes sensibles cercanos