Conducibilità termica

La conducibilità termica, o conduttività termica, in fisica e in particolare nella termodinamica, è una grandezza fisica che misura l'attitudine di una sostanza a trasmettere il calore attraverso la conduzione termica, quando i contributi al trasferimento di calore per convezione e per irraggiamento termico siano trascurabili. Essa dipende dalla natura del materiale, ma non dalla sua forma, e lega la densità di corrente termica al gradiente di temperatura che provoca il passaggio del calore.

Dipende dunque dalla temperatura; inoltre, per alcuni materiali aumenta all'aumentare della temperatura, per altri diminuisce, e può dipendere da altri fattori fisici come la porosità, che blocca i fononi responsabili della conducibilità termica, dall'induzione magnetica e dipende anche dalla pressione nel caso di aeriformi.^{[senza fonte]}

Non va confusa con la diffusività termica ${\displaystyle \alpha }$ (o "conducibilità termometrica")^{[senza fonte]}, che è invece il rapporto fra la conducibilità termica e il prodotto fra densità e calore specifico della data sostanza, espressa nel Sistema Internazionale in m²·s^-1 (analogamente a tutte le diffusività) e misura l'attitudine di una sostanza a trasmettere, non il calore, bensì una variazione di temperatura.^[1]

La conducibilità termica, indicata solitamente con k_T, è un tensore del secondo ordine, rappresentabile in un dato riferimento con una matrice quadrata, ed è definita attraverso la legge di Fourier come:

${\displaystyle k_{ij}=-\mathbf {q} \otimes \nabla T^{-1}}$

dove:

• ${\displaystyle \mathbf {q} }$ è la densità di corrente termica
• ${\displaystyle \nabla T}$ è il gradiente di temperatura.

In condizioni stazionarie, i due vettori risultano paralleli, quindi la conducibilità termica è una grandezza scalare indicata solitamente con λ, il che corrisponde a dire che la conducibilità termica è una costante di proporzionalità pari al rapporto fra la densità di flusso di calore (o densità di corrente termica) , cioè la quantità di calore trasferita nell'unità di tempo attraverso l'unità di superficie, e il gradiente di temperatura.^[2]

La conducibilità termica può essere stimata al variare della temperatura ridotta e della pressione ridotta per via grafica, utilizzando un diagramma generalizzato.^[3]

Nelle unità del Sistema Internazionale, la conducibilità termica è misurata in W·m⁻¹·K⁻¹ (watt al metro-kelvin), essendo il watt l'unità di misura della potenza, il metro l'unità di misura della lunghezza e il kelvin l'unità di misura della temperatura. Nel sistema pratico degli ingegneri, invece, essa è misurata in kcal·h⁻¹·m⁻¹·°C⁻¹ (chilocalorie all'ora-metro-grado Celsius).

La conducibilità influisce sulla capacità di un materiale di condurre il calore o fungere da isolante, vale a dire che maggiore è il valore di λ o k_T, meno isolante è il materiale. In genere, la conducibilità termica va di pari passo con la conducibilità elettrica; ad esempio i metalli presentano valori elevati di entrambe. Una notevole eccezione è costituita dal diamante, che ha un'elevata conducibilità termica, ma una scarsa conducibilità elettrica.

Uno studio del 2022 dimostra che l'arseniuro di boro cubico possiede la terza migliore conduttività termica dopo quella del diamante e del nitruro di boro cubico, dieci volte superiore a quella del silicio.^[4]

• (EN) Robert Byron, Warren E. Stewart; Edwin N. Lightfoot, Transport Phenomena, 2ª ed., New York, Wiley, 2005, ISBN 0-470-11539-4.
• (EN) Frank P. Incropera, David P. DeWitt; Theodore L. Bergman; Adrienne S. Lavine, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 6ª ed., Wiley, 2006, ISBN 0-471-45728-0.
• Federico M. Butera, Architettura e ambiente, 1ª ed., Milano, ETAS, 1995, ISBN 88-453-0776-X.

• Conduzione termica
• Coefficiente convettivo
• Diffusività termica
• Trasmittanza termica

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su conducibilità termica

• (EN) Ken Stewart, thermal conductivity, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• (EN) radiation conductivity, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• Coefficienti di conducibilità termica interna a temperatura ambiente, su itchiavari.org.
• (EN) Conducibilità termica di alcuni sostanze (Hyperphysics, Georgia State University, USA)
• (EN) Tavole di conducibilità termica (Kaye & Laby, National Physical Laboratory, UK)
• (EN) IEC, su pubs.acs.org.
• http://store.uni.com/magento-1.4.0.1/index.php/uni-10351-1994.html?josso_back_to=http://store.uni.com/josso-security-check.php&josso_cmd=login_optional&josso_partnerapp_host=store.uni.com^{[collegamento interrotto]} "Materiali da costruzione. Conduttività termica e permeabilità al vapore."
• IUAV Venezia, "Materiali isolanti, nuove tendenze in architettura" Archiviato l'11 luglio 2020 in Internet Archive. (PDF)

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