Conducibilità termica
# 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.

Non va confusa con la diffusività termica $\alpha$ (o "conducibilità termometrica"), 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 $m^2·s^{-1}$ (analogamente a tutte le diffusività) e misura l'attitudine di una sostanza a trasmettere, non il calore, bensì una variazione di temperatura.

## Definizione

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:

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

dove:

* $\mathbf {q}$ è la densità di corrente termica
* $\nabla T$ 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.

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

## Unità di misura

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).

## 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 $k_T,$ 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.

Conducibilità termica e densità di alcune sostanze :

| Sostanza | λ $[W·m^{−1}·K^{−1}]$ | ρ $[kg/m^3]$ |
| - | - | - |
| diamante | 1600 | 3500 - 3600 |
| argento | 460 | 10490 |
| rame | 390 | 8930 |
| oro | 320 | 19250 |
| alluminio laminato | 290 | 2750 |
| ottone | 111 | 8430 - 8730 |
| ferro | 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 $g/m^2,$ 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 - 30 |
| 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 $1,7×10^{−5}$ 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.

