¿Qué es la conductividad térmica? – Definición y ecuación

¿Qué es la conductividad térmica?

Antes de estudiar la conductividad térmica, debemos echar un vistazo rápido a los siguientes conceptos: comprender el calor y sus modos de transferencia. El calor es simplemente una forma de energía. Puede preguntar de quién es la energía de la que estamos hablando: es de las moléculas dentro del material u objeto bajo observación. Cuanto mayor sea la energía cinética promedio de las moléculas dentro del objeto, mayor será su temperatura.

Ahora, la mayoría de los objetos en el mundo real no tienen la misma temperatura (energía cinética media interna), lo que hace que un cuerpo esté más caliente / más frío que el otro. Esta diferencia es la base de la transferencia de calor, donde la energía fluye del cuerpo más caliente al más frío. Con esta información, es más fácil entender por qué sentimos frío afuera en la nieve más rápido que dentro de la casa: la velocidad a la que el calor / energía fluye fuera de nosotros es más rápida afuera que adentro, y cuanta más ropa usemos, el más lenta la pérdida de calor del cuerpo más caliente (nosotros) al cuerpo más frío (aire exterior).

La transferencia de calor puede ocurrir de tres formas: conducción , convección y radiación ; ¡a veces todo al mismo tiempo! La conducción es la razón por la que tocar el metal en una computadora portátil se siente más frío que el sofá, aunque pueden estar en la misma habitación a la misma temperatura: el metal tiene una mejor “conductividad”. Cuando decimos conductividad, nos referimos a que el material transfiere el calor de nuestro cuerpo (más caliente) al metal (más frío) mejor en comparación con el sofá , o más bien, el metal de la computadora portátil es mejor para quitarle el calor. Además, esta propiedad de los metales se utiliza para eliminar el calor de la electrónica avanzada, y se conocen como “disipadores de calor” porque al igual que un fregadero drena el agua, un “disipador de calor”.

Transferencia de calor simultánea en todos los tipos

Factores de influencia y ecuación

Antes de explorar la ecuación de la conductividad térmica, debemos comprender las variables que influyen. El calor generalmente se denota como “Q”. Ahora, a medida que aumenta el área (indicada como “A”) de la superficie, también lo hace la cantidad de calor que pasa, que también debe incluirse en la ecuación. Pero, ¿cómo se compararían los diferentes valores de calor sin saber qué tan rápido tuvo lugar la transferencia? Si dividiéramos el calor transferido por el tiempo (” t ”), llegaríamos a la tasa de conducción que sería ” Q / t ”, una medida más precisa de la rapidez con la que se produce la transferencia de calor.

¿Pero eso es todo? De nuestra discusión anterior, sabemos que la transferencia de calor (Q) no ocurriría sin una diferencia de temperatura, o científicamente hablando, un diferencial de temperatura (temperatura caliente – temperatura fría). La distancia entre las superficies también importaría, dependiendo de qué tan buen conductor de calor sea el objeto. Cuanto mayor sea la distancia entre las superficies, las moléculas internas deben intercambiar energía para que el calor fluya de una superficie a otra.

Hablando de eso, ¿cómo podríamos tener en cuenta la diferente conductividad de varios materiales como la tela del sofá y los metales? Hacemos esto usando una constante de material “K” conocida como constante de conductividad térmica , que se encuentra a través de experimentos para cada material. Ahora que hemos incluido todo en factores, podemos decir por sus respectivos efectos sobre la transferencia de calor y las relaciones con ellos, que la ecuación se ve así:

Ecuación de conductividad térmica (K)

Si bien la conductividad térmica también se ve afectada por la convección y los cambios de fase (cambios de / a sólidos, líquidos y gases), aquí nos hemos ocupado principalmente de los sólidos. La inversa de la conductividad térmica se conoce como resistividad térmica , que es una medida de qué tan bueno un material impide el flujo de electricidad . Esta es a menudo una cifra bastante útil para saber al seleccionar aisladores como carcasas de goma para cables eléctricos, o por ejemplo, usar botas de goma gruesas cuando se trata de electricidad en la extraña posibilidad de que la electricidad lo toque.

Resumen de la lección

El calor es una forma de energía. Cuanto mayor sea la energía cinética promedio de las moléculas dentro del objeto, mayor será su temperatura. La diferencia de temperatura es la base de la transferencia de calor, donde la energía fluye del cuerpo más caliente a uno más frío. La transferencia de calor puede ocurrir de tres formas: conducción , convección y radiación ; a veces todo al mismo tiempo. Cuando hablamos de conductividad térmica , nos referimos a la capacidad del material para transferir calor . La constante de conductividad térmica para cada material es diferente y se encuentra experimentalmente.