Condutividade térmica

A condutividade térmica () quantifica a habilidade dos materiais de conduzir energia térmica. Estruturas feitas com materiais de alta condutividade térmica conduzem energia térmica de forma mais rápida e eficiente do que estruturas análogas feitas com materiais de baixa condutividade térmica. Desta maneira, materiais com alta condutividade térmica são utilizados em dissipadores térmicos e materiais de baixa condutividade térmica são utilizados na confecção de objetos que visam a prover isolamentos térmicos, a exemplo, em cobertores. Esta propriedade, que é uma propriedade do material e não do objeto, guarda íntima relação com a equação de transporte de Boltzmann.

A condutividade térmica é uma característica específica de cada material e depende fortemente de sua pureza e da temperatura em que ele se encontrar (especialmente em baixas temperaturas). Em geral, a condução de energia térmica nos materiais aumenta à medida que a temperatura aumenta.[1]

A condutividade térmica equivale numericamente à quantidade de calor transmitida por unidade de tempo através de um objeto com espessura unitária, numa direção normal à área da superfície de sua seção reta , também unitária, devido a uma variação de temperatura unitária entre as extremidades longitudinais. O inverso da condutividade térmica é a resistividade térmica.[2]

A unidade de condutividade térmica segundo o sistema internacional de unidades é o watt por metro e por kelvin, sendo o watt obviamente análogo ao joule por segundo.

Definição matemática

Matematicamente, a condutividade térmica relaciona a quantidade de calor transmitida por intervalo de tempo (a potência térmica) através de uma barra de material de comprimento , na direção normal à seção reta de área , com a diferença de temperaturas imposta às extremidades longitudinais. Assume-se o sistema em regime estacionário, e que não há fontes de calor laterais além da atrelada à manutenção da citada diferença de temperaturas entre as extremidades. [3] Matematicamente:

De onde conclui-se que a condutividade térmica do material do qual a barra é feito pode ser experimentalmente determinada pela relação:

.

uma vez que todos os termos à direita são grandezas experimentalmente mensuráveis.