Conductividad térmica
La conductividad térmica indica con qué facilidad conduce el calor un material y se mide en vatios por metro y kelvin.
La conductividad térmica es la propiedad de un material que indica con qué facilidad deja pasar el calor a través de él por conducción. Se representa con la letra k (o λ) y se mide en vatios por metro y kelvin (W/m·K): cuanto mayor es, mejor conduce el calor el material. Por eso una cuchara metálica quema en una sopa caliente y una de madera no.
¿Qué es la conductividad térmica?
Cuando dos zonas de un cuerpo están a distinta temperatura, la energía térmica fluye de la caliente a la fría. En los sólidos este proceso, llamado conducción, ocurre porque las partículas más agitadas transmiten parte de su energía de vibración a las vecinas, sin que la materia se desplace. Es una de las tres formas de transferencia de calor, junto con la convección y la radiación.
La conductividad térmica es una propiedad intrínseca del material (no depende de su forma ni de su tamaño), aunque varía con la temperatura, la humedad y la densidad.
Ley de Fourier: fórmula y unidades
El físico francés Joseph Fourier formuló en 1822 la ley que rige la conducción. Para una pared plana en régimen estacionario, la potencia térmica que la atraviesa es:
donde P es la potencia calorífica en vatios (J/s), k la conductividad térmica, A el área perpendicular al flujo (m²), L el espesor (m) y T₁ − T₂ la diferencia de temperaturas entre las dos caras (K o °C). De aquí se despeja la definición: k es la potencia que atraviesa un metro cuadrado de material de un metro de grosor cuando hay un grado de diferencia entre sus caras.
| Magnitud | Símbolo | Unidad SI |
|---|---|---|
| Conductividad térmica | k | W/(m·K) |
| Potencia térmica | P | W |
| Área | A | m² |
| Espesor | L | m |
| Resistencia térmica | R = L/(k·A) | K/W |
Valores típicos
Los valores siguientes son aproximados y corresponden a temperatura ambiente:
| Material | k (W/m·K) |
|---|---|
| Diamante | ≈ 2000 |
| Cobre | ≈ 400 |
| Aluminio | ≈ 237 |
| Hierro | ≈ 80 |
| Acero inoxidable | ≈ 15 |
| Vidrio | ≈ 1 |
| Ladrillo | ≈ 0,8 |
| Agua | ≈ 0,6 |
| Madera | ≈ 0,1–0,2 |
| Lana de vidrio y poliestireno expandido | ≈ 0,035–0,04 |
| Aire (en reposo) | ≈ 0,026 |
De qué depende
- Tipo de material: en los metales, los electrones libres transportan el calor con gran eficacia, y por eso los buenos conductores eléctricos suelen serlo también del calor. En los aislantes no metálicos el calor se transmite sobre todo por vibraciones de la red cristalina.
- Estructura: un cristal ordenado (como el diamante) conduce mejor que un sólido amorfo del mismo elemento.
- Temperatura: en los metales puros suele disminuir al subir la temperatura; en muchos aislantes aumenta.
- Porosidad y humedad: los materiales con aire atrapado aíslan mejor, porque el aire en reposo conduce muy mal; si se humedecen, aíslan peor.
Aplicaciones
- Conductores de calor: ollas y sartenes de cobre o aluminio, disipadores de los procesadores y radiadores.
- Aislantes térmicos: fibra de vidrio, corcho, espumas y paneles en las paredes de las viviendas, que reducen el gasto en calefacción y refrigeración; también la cámara de aire de las ventanas de doble acristalamiento.
- Ropa y naturaleza: el plumón y la lana abrigan porque retienen aire; el pelaje de los animales actúa del mismo modo.
Ejercicios resueltos
1. Una pared de ladrillo (k = 0,8 W/m·K) de 10 m² y 25 cm de espesor separa un interior a 22 °C de un exterior a 2 °C. ¿Qué potencia se pierde por conducción?
P = k·A·ΔT/L = 0,8 × 10 × 20 / 0,25 = 640 W. Resultado: 640 W.
2. Una barra de cobre (k = 400 W/m·K) de 0,5 m de longitud y 2 cm² de sección tiene un extremo a 100 °C y el otro a 0 °C. ¿Cuánto calor pasa por segundo?
A = 2 cm² = 2 × 10⁻⁴ m². P = 400 × 2 × 10⁻⁴ × 100 / 0,5 = 16 W. Resultado: 16 W (16 J cada segundo).
3. Si el espesor de la pared del ejercicio 1 se duplica hasta 50 cm, ¿cuánto se pierde?
La potencia es inversamente proporcional al espesor, así que se reduce a la mitad: 320 W.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre conductividad térmica y calor específico?
La conductividad indica la rapidez con que fluye el calor a través de un material; el calor específico indica cuánta energía hace falta para elevar su temperatura. Son propiedades independientes.
¿Por qué el metal se siente más frío que la madera a la misma temperatura?
Porque el metal conduce el calor de tu mano con rapidez y la piel pierde energía más deprisa. La madera, peor conductora, apenas extrae calor de la piel.
¿Cuál es el mejor conductor térmico?
Entre los materiales comunes, el diamante (unos 2000 W/m·K) y, entre los metales, la plata y el cobre.
¿Es el aire un buen aislante?
Sí, si está en reposo: su conductividad es de unos 0,026 W/m·K. Si se mueve, aparece la convección y aísla peor, por eso los aislantes lo mantienen atrapado en pequeñas celdas.
Referencias
- Çengel, Y. A. y Ghajar, A. J. Transferencia de calor y masa. McGraw-Hill.
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. Cengage Learning.
- Halliday, D., Resnick, R. y Walker, J. Fundamentos de física. Wiley.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2026). «Conductividad térmica». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/conductividad-termica/
