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,

Non va confusa con la diffusività termica , 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.Confronta con l'equazione della propagazione del calore o più in generale: equazione della diffusione

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

dove: è la densità di corrente termica 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.

La conducibilità termica può essere stimata al variare della temperatura ridotta e della pressione ridotta per via grafica, utilizzando un diagramma generalizzato.Esistono altri diagrammi generalizzati, ad esempio per la stima del fattore di comprimibilità. Il diagramma generalizzato trova ragione di essere dal teorema degli stati corrispondenti.

Unità di misura Nelle unità del Sistema Internazionale, la conducibilità termica è misurata in (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 (chilocalorie all'ora-metro-grado Celsius).

Conducibilità termica di alcune sostanze 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 kT, 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.

+ Conducibilità termica e densità di alcune sostanze Sostanza λ [W·m−1·K−1] ρ [kg/m3] diamante 1600 3500 - 3600 argento 460 10490 rame 390 8930 oro 320 19250 alluminio laminato 290 2750 ottone 111 8430 - 8730ferro 80,2 7874 platino 70 21400 acciaio laminato 52 7850 piombo 35 11300 acciaio inox 17 7480 - 8000 quarzo 8 2500 - 2800 ghiaccio (acqua a 0°) 2,20 - 2,50 917 vetro laminato 1 2500 laterizi (mattoni pieni, forati) 0,90 2000 laterizi (mattoni pieni, forati) 0,72 1800 neve (compatta, strati da 20 a 40 cm) 0,70 acqua distillata 0,60 1000 laterizi (mattoni pieni, forati) 0,43 1200 laterizi (mattoni pieni, forati) 0,25 600 glicole etilenico 0,25 1110 neve (moderatamente compatta, strati da 7 a 10 cm) 0,23 polipropilene 0,22 920 cartongesso 0,21 900 plexiglas 0,19 1180 carta e cartone 0,18 (0,14 - 0,23) 700 - 1150 legno di quercia asciutto ortogonale alle fibre 0,18 750 idrogeno 0,172 legno asciutto parallelamente alle fibre 0,15 - 0,27 400 - 750 olio minerale 0,15 900 - 930 neve (soffice, strati da 3 a 7 cm) 0,12 legno di abete e pino asciutto ortogonale alle fibre 0,10 - 0,12 400 vermiculite espansa 0,07 90 cartone ondulato (onda singola, 280 g/m2, sp. 2,8 mm) 0,065 100 neve (appena caduta e per strati fino a 3 cm) 0,060 canna palustre (o arelle) 0,055 190 trucioli di legno 0,050 100 sughero 0,052 200 granuli di sughero 0,050 100 vetro cellulare (120) 0,041 120 lana di pecora 0,040 25 polistirolo estruso (XPS) in lastre 0,040 20 - 30fibra di legno0,03840 - 60 polistirolo espanso sinterizzato (EPS) in lastre 0,035 20 - 30 poliuretano espanso 0,024 - 0,032 25 - 50 aria secca (a 300 K, 100 kPa) in quiete 0,026 1,2 aerogel di silice (in granuli con dimensione media 0,5 - 4,0 mm) 0,018 1,9 micronal - capsule termoisolanti a cambiamento di fase (pannelli di cera incapsulata) 0,018 770 aerogel di silice (in pannelli sotto vuoto a atmosfere) 0,013

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.

Note

Bibliografia

Voci correlate Conduzione termica Coefficiente convettivo Diffusività termica Trasmittanza termica

Altri progetti

Collegamenti esterni

Conducibilità termica di alcuni sostanze (Hyperphysics, Georgia State University, USA) Tavole di conducibilità termica (Kaye & Laby, National Physical Laboratory, UK)

"Materiali da costruzione. Conduttività termica e permeabilità al vapore." IUAV Venezia, "Materiali isolanti, nuove tendenze in architettura" (PDF)

Categoria:Grandezze fisiche Categoria:Scambio di calore