Els materials conductors de calor són aquells que permeten que la calor es transfereixi de manera eficient entre una superfície (o un líquid) amb alta temperatura i una altra de temperatura menor.
Els materials conductors de calor s'utilitzen en diferents aplicacions d'enginyeria. Entre les aplicacions més importants estan la construcció d'equips de refredament, equips de dissipació de calor i en general qualsevol equip que requereixi intercanviar calor en els seus processos.
Conducció de calor en un material
Aquells materials que no són bons conductors de calor es coneixen com aïllants. Entre els materials aïllants més utilitzats es troben el suro i la fusta.
És comú que els materials que condueixen bé la calor siguin també bons conductors d'electricitat. Alguns exemples de bons materials conductors de calor i d'electricitat són l'alumini, el coure i la plata, entre d'altres.
Diferents materials i les seves respectives propietats de conducció de calor es poden trobar en manuals de química que resumeixen els resultats experimentals de conducció realitzats en aquests materials.
Conducció de la calor
La conducció és la transferència de calor que es dóna entre dues capes d'un mateix material o entre superfícies en contacte de dos materials que no intercanvien matèria.
En aquest cas, la transferència de calor en els materials es dóna gràcies als xocs moleculars que es donen entre les capes o superfícies.
Els xocs moleculars permeten l'intercanvi d'energia interna i cinètica entre els àtoms de l'material.
Així, la capa o superfície amb àtoms de major energia interna i cinètica transfereix l'energia a les capes o superfícies de menor energia augmentant així la temperatura d'aquestes.
Diferents materials tenen diferents estructures moleculars el que causa que no tots els materials tinguin la mateixa capacitat per conduir la calor.
conductivitat tèrmica
Per expressar la capacitat d'un material o d'un fluid per conduir la calor, s'utilitza la propietat física "conductivitat tèrmica" que usualment és representada per la lletra k.
La conductivitat tèrmica és una propietat que ha de trobar-experimentalment. Les estimacions experimentals de la conductivitat tèrmica per a materials sòlids són relativament senzilles, però el procés és complex per a sòlids i gasos.
La conductivitat tèrmica per als materials i fluids aquesta reportada per una quantitat de material amb àrea de flux de 1 peu quadrat, un gruix de 1 peu, durant una hora a una diferència de temperatura d'1 ° K.
Materials conductors de calor
Encara que en teoria tots els materials poden transferir calor, alguns presenten millor conducció que altres.
En la naturalesa existeixen materials com el coure o l'alumini que són bons conductors de calor, però la ciència de materials, la nanotecnologia i l'enginyeria han permès la creació de nous materials amb bones propietats de conducció.
Mentre un material conductor de calor com el coure, que es troben en la naturalesa, té una conductivitat tèrmica de 401 W / K m, s'han reportat nanotubs de carbó fabricats amb conductivitats tèrmiques properes als 6600 W / K m.
Els valors de conductivitat tèrmica per a diversos materials es poden veure a la taula següent:
referències
- Berber S. Kwon Y. Tomanek D. Unusualy High Thermal Conductivity of Carbon nanotubes. Physical Reviews Letters. 2000; 84: 4613
- Chen Q. et al. An alternative criterion in heat transfer optimization. Proceedings of the Royal Society A: Matemàtiques, Physical and Engineering Sciences.2011; 467 (2128): 1012-1028.
- Corts L. et al. 2010. Conductivitat tèrmica de materials. Simposi de metrologia.
- Kaufman WC Bothe D.Meyer SD Thermal Insulating Capabilities of Qutdoor Clothing Materials. Science. 1982; 215 (4533): 690-691.
- Kern D. 1965. Processos de tansferencia de Calor. McGraw hill.
- Merabia S. et al. Heat transfer from nanoparticles: a corresponding state analysis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2009; 106 (36): 15.113-15.118.
- Salunkhe PB Jaya Krishna D. Investigations on latent heat storage materials for solar water and space heating applications. Journal of Energy Storage. 2017; 12: 243-260.