Conduciendo
26 abr, 2012
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PRESENTACIÓN: Cada material tiene una conducción del calor determinada. Los metales son buenos conductores y envueltos en papel retiran rápidamente el calor dispersándolo por el metal, evitando que la temperatura del papel aumente y no arda. La madera sin embargo es una mala conductora del calor y en ella el papel se quema rápidamente.
- Thermal Physics Concepts: The Role of the Thermal Effusivity, E. Marín, Phys. Teach. 44, 432 (2006)
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La conductividad térmica es la capacidad de una sustancia a transferir energía cinética de sus moléculas a otras moléculas que están en contacto o cerca de ellas.
En el caso de los metales presentan una alta conductividad, mientras que, en elementos como la madera o la fibra de vidrio presentan una baja conductividad, por eso se les denominan aislántes térmicos.
Hay un experimento muy sencillo para comprobar la conductividad térmica. En clase, los alumnos deben tocar con una mano la madera del pupitre/mesa durante unos segundos mientras que con la otra tocan una parte metálica, como una pata o la zona donde reposan los libros. Erróneamente creerán que las partes metálicas se hallan a menos temperatura que la madera.
Lo cierto es que la madera, al ser mala conductora, retiene en el punto de contacto todo el calor de nuestra mano, dando la sensación de estar «caliente» (a nuestra misma temperatura corporal), mientras que los metales, al conducir bien el calor, toman el calor rápidamente de nuestra mano y lo distribuyen por todo el material, de forma que nuestra mano pierde calor, acrecentando la sensación de que se halla frío.
Podéis leer más sobre esto en esta web.
La conductividad de los materiales es una propiedad que, conscientes o no, usamos diariamente. Usamos materiales con una gran conductividad para calentar, como por ejemplo las sartenes y ollas metálicas, y otros con poca conductividad son usados como aislantes, por ejemplo los guantes de horno de silicona.
En construcción se usan materiales aislantes para aumentar la eficiencia energética de los edificios. Se considera aislante térmico aquel material con una conductividad térmica menor a 0,06 W/(mK).
En este documento se pueden ver las propiedades físicas de los aislantes usados más comúnmente en España.
Existe una magnitud para determinar la capacidad de conducir el calor que se denomina coeficiente de conductividad térmica que expresa la cantidad o flujo de calor que pasa, por unidad de tiempo, a través de la unidad de superficie de una muestra del material, de extensión infinita, caras planoparalelas y espesor unidad, cuando entre sus caras se establece una diferencia de temperaturas igual a la unidad, en condiciones estacionarias.
Este coeficiente varía con las condiciones del material (humedad que contiene, temperatura a la que se hace la medición), por lo que se fijan condiciones para hacerlo, generalmente para material seco y 15 °C (temperatura media de trabajo de los materiales de construcción) y en otras ocasiones, 300 K (26,84 °C).
En el Sistema Internacional de unidades ( SI) se mide en vatios/ (metro x Kelvin)
Una explicación de por qué los metales son buenos conductores eléctricos es porque los metales tienen varios millones de átomos, cada uno con dos o tres electrones en su órbita externa. Estos electrones de valencia, se caracterizan por una tendencia a liberarse de electrones para lograr cierta estabilidad en cuanto a la configuración de los mismos. Los átomos de los metales se unen formando enlaces metálicos que le dan un estructura más estrecha y estable al metal en sí, y por lo tanto, lo átomos liberados forman una nube de electrones, la cual conduce la electricidad con suma facilidad. Cuando se aplica un campo eléctrico al material, los electrones de la misma comienzan a fluir desde un extremo del metal a otro libremente y esto es lo que ocurre con el calor en la conductividad térmica. Uno de los metales muy utilizados en la sociedad es el cobre, metal que se utiliza sobre todo cableados eléctricos, entre muchas otras aplicaciones.
La capacidad de controlar o modificar la conductividad del calor es básico en construcción pero también en evolución. En la actualidad, el estudio biomimético de los termiteros ha ayudado a diseñar modelos arquitectónicos mucho más eficaces que evitan gastos energéticos escesivos. Las termitas necesitan una temperatura constante de 30ºC para sobrevivir pero dadas las oscilaciones de temperatura del orden de 40ºC que sufren sus hábitats su naturaleza ha evolucionado en el diseño nidos con oslaciones de temperatura del orden de 1ºC y todo gracias a la porosidad.
La porosidad cerrada es la causa del aumento en la capacidad de aislamiento térmico de los materiales, la cantidad, calidad y distribución de la porosidad siguiendo estos patrones puede ayudar a la sociedad a ahorrar energéticamente sin necesidad de disminuír su calida de vida. Esta aplicación de los conocimientos en conductividad del calor es útil de cara a la motivación de los alumnos por la ciencia.
La conductividad térmica λ (T) o k(T), es la propiedad de un material que indica su facilidad para conducir el calor. Esta descrito principalmente en la ley de Fourier sobre el calor.
Es una característica intrínseca de los materiales, su unidad de medición es W/m.K. También es un coeficiente de proporcionalidad entre el flujo de calor, la diferencia de temperatura y el espesor. Cuanto más bajo sea el valor de λ, mejor será el aislamiento térmico del producto.
Las características de los materiales conductores y aislantes del calor al igual que sus aplicaciones en actividades cotidianas, quedan reflejados en este vídeo.
La conducción es una forma de transmisión del calor, pero es importante diferenciarla entre otros modos de transmisión de calor como es la convección o la radiación. En el siguiente enlace se muestra información sobre sus diferencias acompañado de ejemplos.
Se puede realizar un experimento muy similar con estos dos materiales con la ayuda de una cámara termográfica. Se puede comprobar cómo en el bloque de aluminio el hielo se derrite antes y el material aparece a la misma temperatura que el hielo derretido. En el bloque de madera, que es un aislante térmico, el material está aproximadamente a la temperatura ambiente y el hielo, que en este caso se derretirá más lentamente, presenta un color negro que indica una baja temperatura.
Más información de este otro experimento en el siguiente enlace.
Pese a que está inacabado el proyecto creo que hay un error de incoherencia entre la presentación y el vídeo seleccionado para la demostración del experimento. Ambas temáticas se relacionan con la conductividad térmica de diferentes materiales: en este caso entre un metal y la madera. Pero el efecto de la diferencia de conductividad entre ambos es más que apreciable. Quizás sea de mayor facilidad llevar a un aula el experimento descrito en la presentación, por el tipo de materiales empleados.
El principio de la termodinámica determina que el calor sólo puede fluir de un cuerpo más caliente a uno más frío, la ley de Fourier fija cuantitativamente la relación entre el flujo y las variaciones espacial y temporal de la temperatura. ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia.
En el vídeo se observa algo así,una plancha de madera y otra de aluminio sobre las que van colocados ambos cubitos de hielo, pasado el tiempo el aluminio conduce mas rápido el calor ambiental esto se ve en la rápida descongelación que no sucede de la misma manera en el bloque aislante de madera.
Me parece un buen experimento y una buena manera de que los alumnos aprendan a diferenciar los conceptos de calor y temperatura. Es tambien interesante a la hora de relacionar las propiedades físicas de los mateiales con su estructura molecular. En este caso el metal conduce mejor el calor porque su estructura molecular es de una nube electrónica, donde los electrones estan moviéndose con más libertad que en el caso de la materia orgánica (madera en este caso) donde los electrones aparecen formando enlaces más rígidos y por ello tienen menos libertad de movimiento y capacidad de transmisón de energía. Además resulta sencillo relacionar este experimento con las aplicaciones en la práctica de la conductividad térmica de los metales (como unidades de calefacción o en informática como disipadores de calor de microprocesadores).
En mi opinión, considero este vídeo adecuado para corregir las concepciones alternativas entre calor y temperatura.
El hielo a 0º C tiene una conductividad térmica de 2.22 W/mK; a los -100º C tiene una conductividad de 3.48 W/mK, con estos datos quiero decir que, la facilidad con que el hielo conduce el calor aumenta a medida que éste está más frío.
Resulta que el hielo es «buen aislante térmico», y tengo dos ejemplos para dar.
El primero: un iglú esquimal, donde en su interior las temperaturas pueden ser de hasta 20º C superiores a las del exterior. Obviamente hay mejores aislantes, pero en las proximidades del polo difícilmente se puede encontrar otra cosa que nieve y hielo.
El segundo ejemplo, es un lago congelado, en realidad, solo se encuentra congelado en su capa superior y gracias a que el hielo flota en el agua, se va formando un delgado manto de hielo, que se hace cada vez más grueso. mientras más grueso se hace, el agua que se encuentra debajo está más aislada del aire frío del exterior, y este es el motivo por el cual existe vida en el interior de esas aguas.
En este vídeo se puede ver como un globo en contacto con fuego explota inmediatamente, mientras que si se introduce agua en su interior, el globo no explota, lo cual es debe a que el agua es buena conductora del calor.
La diferente conductividad térmica de los distintos materiales representa una propiedad muy utilizada también a nivel industrial. Un ejemplo claro y sencillo es la medición de la temperatura en los materiales de una construcción/vivienda con el fin de detectar problemas de aislamiento. Por ejemplo, en zonas en donde se sabe que existen tuberías de agua caliente o fría se pueden detectar fugas mediante termografía, como se puede observar en el siguiente enlace.
Mediante esta fácil detección del punto que origina las pérdidas energéticas en un edificio, la resolución del problema será claramente más sencilla y de menor coste.
Neste divertido e ameno vídeo explicase a condutividade térmica ligada as nosas vidas cotiás neste caso, xeitos de cociñar transferindo calor.
La conducción térmica es algo que forma parte de nuestra vida por ejemplo en nuestras casas la elección correcta de las ventanas puede minimizar la perdida de calor por tanto hacer un uso mas responsable de las calefacciones, para ello si elegimos ventanas de aluminio deberían tener una zona aislante interior ya que el aluminio es un buen conductor del calor. También existen diferentes tipos de vidrio con distintos indices de conducción de calor para mejorar la eficiencia energética de nuestra casa.
Sería interesante propoñer ao alumnado algunhas experiencias ou cuestións de biofísica, de xeito que poidan relacionar a condutividade térmica cos seus propios corpos. Neste sentido, a sinxelísima experiencia proposta nun comentario anterior de que toquen a parte do pupitre de madeira e a parte metálica e intenten explicar porque notan temperaturas «diferentes» sería ideal.
Con este experimento los alumnos exploran un mecanismo de la transmisión de calor: la conducción. Después de realizar el experimento sería interesante ponerlos en situaciones cotidianas que les haga razonar, por ejemplo que pasaría si cocinaran con una cuchara de plástico, de madera o de metal con mango de plástico/madera/metal. ¿Te quemarías?.
Este experimento es muy interesante ya que permite que los estudiantes trabajen dos conceptos, el concepto de conductividad térmica y el concepto de aislante térmico. La conductividad térmica es un fenómeno físico que se fundamenta en la transferencia de calor desde el objeto que está a una mayor temperatura hacia el objeto que tiene una temperatura menor. La conductividad térmica es una propiedad física que es específica de cada material. Así, por ejemplo, el metal tiene una elevada conductividad térmica, mientras que la madera presenta una baja conductividad térmica, lo que hace que la madera sea un buen aislante térmico. Adjunto link donde se puede visualizar una simulación de la conductividad térmica acompañada de una breve explicación. Asimismo, puede utilizarse esta actividad manipulativa para que los alumnos respondan a la pregunta ¿porque muchos de los utensilios de cocina tienen los mangos de madera u otro material que no es el metal?
La conductividad térmica es una propiedad intrínseca de los materiales. Este experimento ilustra de una forma muy visual la diferente conductividad térmica que tienen diferentes materiales. En este otro vídeo también se demuestra que la conductividad térmica de dos materiales es diferente. Para ello, colocan bolitas de cera a lo largo de un alambre de cobre y otro de aluminio. Con una vela dan calor al extremo de los dos alambres, y se observa qué bolitas de cera caen antes.
La conductividad térmica es un fenómeno muy cotidiano al que poca gente le presta atención, por ejemplo, ¿por qué casi todos los utensilios metálicos para cocinar tienen el mango forrado de plástico? la respuesta es que por conducción, si están sumergidos en la comida caliente, el mango va a estar también caliente. Aquí hay otro experimento, muy visual sobre conductividad, hecho con alambres de metal.
En relación con lo que comentó Marta, y precisando un poco más su comentario sobre aislamiento térmico de las ventanas añado mi opinión personal al respecto:
En primer lugar, mi impresión es que históricamente no ha existido concienciación en España acerca del aislamiento térmico de las viviendas (y tampoco acústico). Y se trata de un problema que hoy afecta a las ventanas, pero también a fachadas, suelos y cubiertas. Solamente a partir del año 2006 con el desarrollo del CTE (código técnico de la edificación) y posteriormente con su reforma de 2013 se consiguió revertir en parte ese problema histórico en la construcción y rehabilitación de viviendas, que hace que la mayoría de los españoles viva en hogares sin el aislamiento adecuado. La consecuencia es que hoy en día mucha gente pasa frio y otra mucha se gasta una gran cantidad de dinero en calefacción (sin meternos ya en temas de ruidos). Y esa es la realidad.
Desde mi punto de vista, parte de la culpa la tienen arquitectos y promotores de viviendas, ya que diseñaban y construían sin aislamiento teniendo los conocimientos técnicos para saber acerca de las ventajas de su aplicación. Es evidente que se hacía así por ahorrar costes en la mayoría de casos y en otros pocos por desconocimiento. También creo que parte de la culpa la tuvieron los responsables de legislar, o dicho de otra manera, fue de la administración, que tardo demasiado en legislar para obligar a construir pensando en el aislamiento y en el confort térmico y acústico de las viviendas destinadas a ser los hogares de las familias.
Centrándonos ya en el punto del aislamiento de ventanas, a la hora de elegir la adecuada hay que fijarse en la conductividad o transmitancia térmica (se expresa con la letra U en unidades de W/m2K) tanto del marco o perfil (que representa habitualmente entre el 25 % y el 35 % de la superficie del hueco) como de los vidrios. Cuanto menor sea el valor de la transmitancia térmica, mejor es su aislamiento.
Para el marco podemos elegir entre aluminio, PVC o madera. Sin duda alguna el mejor aislamiento se consigue con un marco de PVC y no deberíamos dejarnos convencer con bonitos nombres como el de los marcos de aluminio con rotura del puente térmico (RPT). Incluso una ventana con marco de madera de las de hoy en día proporciona mejor aislamiento que cualquier marco de aluminio. A continuación se muestran algunos valores:
Material del perfil con su valor de transmitancia térmica U (W/m2K):
Metálico. U=5.7
Metálico RPT (4mm ≤ d< 12 mm). U=4
Metálico RPT d ≥ 12 mm. U=3.2
Madera dura (ρ = 700 Kg/m y 60 mm de espesor). U=2.2
Madera blanda (ρ = 500 Kg/m y 60 mm de espesor). U=2
Perfiles huecos de PVC (2 cámaras). U=2.2
Perfiles huecos de PVC (3 cámaras). U=1.8
Respecto a los vidrios, la tecnología permite fabricar muy buenos aislamientos basados en vidrios de baja emisividad. Lo ideal es instalar además un vidrio laminado en la parte interior por las ventajas que aporta en materia de seguridad en caso de accidentes domésticos.
Así pues, un buen aislamiento se consigue hoy en día combinando un buen marco de PVC con un doble acristalamiento con vidrio de baja emisividad y separación entre vidrios de 12 mm. Recordad que los espesores del vidrio no afectan al valor de la transmitancia térmica, pero sí al valor del aislamiento acústico.
Y lo más importante de todo es informarse bien…:
Página web del Gobierno de España sobre el código técnico de la edificación, CTE2013.
Guía del estándar Passivhaus. Edificios de consumo energético casi nulo (2011) de la Comunidad de Madrid.
Guía Técnica para la Rehabilitación de la Envolvente Térmica de los Edificios del Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE).
La conducción también explica el principio de funcionamiento de los termómetros. ¿Por qué el sensor es generalmente metálico? Precisamente su mayor conductividad térmica es la que permite que se equilibre rápidamente con la temperatura del cuerpo que se trata de medir, y por tanto arroje un resultado exacto, preciso y con rapidez.
Moi interesante e de moi doada realización a experiencia amosada neste vídeo. Tamén se pode explicar ó alumnado de secundaria este concepto comentándolles o seguinte exemplo: nun día de calor, se tocamos unha barandilla que está ó sol e se tocamos un banco de madeira que está tamén ó sol, cal está máis quente?
En el siguiente video se puede ver otra demostración relacionada con la conductividad térmica, en este caso la de un superconductor, el grafito pirolítico (Thermal Conductive Pyrolytic Graphite –TCPG-). Las láminas de grafito pirolítico tienen una alta conductividad térmica, de manera que si, como se ve en el vídeo, presionamos un cubito de hielo con una lámina de grafito pirolítico, es fácil cortar una “rebanada” de hielo. Esto se debe a que, gracias a su alta conductividad térmica, el calor de la mano es rápidamente transferido al borde de la lámina en contacto con el hielo, de manera que lo derrite y hace que se corte fácilmente. Por otro lado, el frío del hielo será transmitido hacia la mano rápidamente, pudiendo sentirse al cabo de un segundo.
Todos experimentamos con la conductividad térmica de los materiales cuando utilizamos un vaso de cristal para un café caliente en lugar de una taza cerámica o un vaso de cartón; cada uno de los recipientes produce una transferencia de calor a nuestras manos diferente. En este vídeo se presenta un experimento muy sencillo para comparar la conductividad térmica de 3 materiales: plástico, metal y papel.
Estamos nunha habitación a 20ºC e hai unha mesa de madeira e unha de metal. Cal delas está máis fría? Ao tocar amabas mesas, compróbase que a sensación térmica é diferente, dando a sensación de que a mesa de metal está efectivemente mási fría que a de madeira. Sen embargo, ambas están a mesma temperatura (20ºC). A propiedade responsable desta diferencia de sensacións térmicas é a conductividade de ambos materiais. Posto que a mesa de metal ten maior conductividade que a de madeira, ao tocala esta «rouba» máis calor da nosa man que a de madeira. Deste xeito, perdemos máis calor ao tocar a mesa de metal porque pasa ao metal, por iso pensamos a priori que esa mesa esta máis fría.
E por iso en cociña se utilizan tixolas e perolas de aluminio ou ferro en lugar de latón, xa que este ten unha conductividade térmica menor que as primeiras.
Aprovecharía esta situación para introducir al alumnado al concepto de transmisión de calor por conducción a través del ejemplo de una pared formada por distintos materiales con temperaturas superficiales intermedias. Considerando únicamente la transmisión de calor por conducción, la cual es dependiente de la conductividad térmica del material, el área de contacto, el espesor y la diferencia de temperaturas, los estudiantes pueden verificar que para las mismas temperaturas superficiales y dimensiones, la transmisión de calor variará dependiendo del tipo de material que se esté empleando. Comprenderán así por qué algunos materiales tienen aplicaciones como aislantes o conductores térmicos.
Un principio físico bastante sencillo de mostrar al alumnado mediante varios ejemplos, pero no por ello menos importante. Conocer de forma práctica, activa y directa estos principios puede ayudar al alumnado al uso de buenas prácticas en cuanto a eficiencia energética, además de poder tener una opinión crítica respecto a este sentido si deben tomar decisiones de qué electrodomésticos elegirían, qué aislamiento térmico utilizarían en su hogar o simples rutinas para mantener una casa fría o caliente en las temporadas de invierno y verano.
Este experimento es muy visual para comprender la conductividad térmica y como dependiendo el tipo de material será mayor o menor. En este enlace se explica un experimento similar, hecho con cubitos de hielo, donde uno se envolverá en papel de aluminio y otro en un trapo de cocina, y observar así que se derretirá antes el envuelto en papel de aluminio, ya que el metal posee una conductividad térmica mayor que la tela del paño. Además, como ya comentaron varios de mis compañeros, este concepto es fundamental para comprender que para conseguir una mejor eficiencia energética en nuestros hogares es necesario un aislamiento adecuado, es decir, materiales con baja conductividad térmica.
Aunque xa se mencionou o uso da técnica da termografía infravermella en comentarios previos, quería aproveitar para aportar un enlace que dirixe directamente a un artigo científico publicado, no cal fun o principal partícipe dese traballo. Nel realízase unha revisión do uso da termografía infravermella no análise de diferentes infraestructuras, concretamente as diferentes aplicacións termográficas existentes para edificación, patrimonio cultural e infraestrutura civil. Entre as distintas utilidades, tense entre elas, o estudo enerxético de edificios, mediante o cálculo da transferencia de calor a través da envolvente dun edificio a partir da adquisición de imaxes termográficas e da aplicación das ecuacións de transferencia de calor (conducción, convección e radiación). Para o acceso a dito artigo científico, requírese activar previamente a proxy da UVigo, ao non ser un traballo «open access».
Se me ocurre un experimento muy fácil y visual para explicar a los alumnos la conductividad térmica que pueden realizar en casa sin ningún problema (con cierto cuidado no llegarán a quemarse). El experimento consistiría en lo siguiente: cuando una olla esté caliente probarán a cogerla ayudándose primero de un trapo seco y, posteriormente, de un trapo (puede ser el mismo) mojado o húmedo. En este momento observarán que sentirán más el calor de la olla si el trapo está mojado que si está seco. Esto es debido la mayor conductividad térmica del trapo mojado debido al agua que contiene. Además de ser un experimento fácil y económico puede ahorrarle alguna que otra quemadura a nuestros alumnos.
Un buen ejemplo de la conductividad térmica son las ventanas de climalit que se instalan desde hace ya unos años y tienen la característica de rotura del puente térmico. El puente térmico es una zona donde se transmite muy fácilmente el calor, por estar compuesta por materiales de elevada conductividad. Las ventanas antiguas con perfilería de aluminio, al estar unidas sus dos caras (exterior e interior) por un metal, están especialmente sometidas a este efecto. Por lo que el calor y el frío se transmiten fácilmente entre ambos lados de la ventana; con la pérdida energética que esto conlleva. Las nuevas ventanas incorporan ¨rotura de puente térmico”. Esto no es más que la separación de la zona exterior del perfil de la ventana, de la zona interior, mediante la inserción de un material separador que se coloca entre ambas caras del perfil. Este material separador, es precisamente un plástico que evita que la zona exterior del perfil tenga contacto directo con la zona interior.
Como se relató en algunos de los comentarios los seres humanos no notamos la temperatura de los objetos, sino la velocidad a la que el objeto que tocamos nos transfiere calor o nos lo “roba”. Este hecho desde el punto de vista evolutivo es muy relevante. Conocer a que temperatura se encuentra un objeto no es vital para nuestra supervivencia, lo que realmente nos concierne es saber el tiempo que va a tardar en quemarnos o congelarnos porque tendremos que reaccionar a esa amenaza antes de que nos haga daño.
En el mundo de la arquitectura las condiciones climáticas forman parte de los puntos claves para una construcción eficiente. La orientación que le demos a nuestro edificio supondrá que nos muramos de calor en verano y de frío en invierno (donde necesitemos sistemas de climatización consumiendo energía) o que tengamos una vivienda que prácticamente no necesite ayuda de otro elemento para protegernos correctamente. Esto también hay que acompañarlo de una buena elección de sistemas de carpinterías y de fachadas con un aislamiento coherente, y aquí es donde toma relevancia el índice de conductividad térmica de cada material que forma parte de la fachada y nos permite calcular la transmitancia térmica, siendo esta la cantidad de calor que atraviesa un cerramiento por tiempo, por superficie y por diferencia de temperatura. Su unidadde medida es W/m2 ºK.
Es interesante observar como esto se podría demostrar fácilmente en el aula pidiéndole al alumnado que tocase diferentes superficies como los pupitres, las patas de las mesas y sillas, o los marcos de las ventanas. A continuación se les preguntaría cual de todos presenta una menor temperatura, a lo que tenderán a contestar que las patas de la mesa o silla o los marcos de las ventanas, que también suelen estar compuestos por aluminio o materiales similares. Sin embargo, todos estos elementos se encuentran a la misma temperatura, solo que varía el nivel de conducción de calor que presentan, de forma que les da la sensación de que los compuestos metálicos presentan una menor temperatura.
Experimento muy sencillo para entender por qué cuando tocamos un metal «está frío» y cuando tocamos un mueble de madera «está templado». Esto nos dice la capacidad de transferir calor de dichos materiales. como siempre, la idea es que los alumnos entiendan las aplicaciones prácticas de estos conceptos sencillos. Por ejemplo, si queremos descongelar rápidamente un trozo de carne, debemos ponerla en una superficie metálica. Incluso venden productos para ello en las típicas cadenas de compras online. Otro ejemplo sería la selección de materiales para la construcción de viviendas, evitando la pérdida calorífica y consiguiendo una alta eficiencia térmica.
Un exemplo de aplicación da conductividade térmica na industria é o uso de aislantes térmicos para controlar a temperatura en edificios e instalacións industriais. Os aislantes térmicos son materiais que teñen unha baixa conductividade térmica e son utilizados para reducir a perda de calor ou o aumento da temperatura en estruturas, produtos, máquinas… Se embargo existe un concepto moi interesante tamén que é o radio crítico de illamento, xa que existe un radio no que o aumento do espesor dese material de baixa condutividade ten máis peso polo aumento de área de transferencia de calor que polo cambio en condutividade.
En linea con algún dos comentarios anteriores de construcción de vivendas, un concepto fundamental que hay que ter en conta no diseño e edificación de novas vivendas é a «regra do lápis«que consiste en: manterase a envolvente hermética sen discontinuidades de forma que poda dibuxarse unha linea continua sen levantar o lápis no plano da envolvente do edificio, para evitar as infiltracións.
Este es un experimento muy sencillo con el que entender la conductividad térmica. Otro ejemplo de experimentos similares es el de este vídeo. Aquí se estudia en tres materiales (metálico, plástico y de madera) la conductividad térmica. La conductividad térmica tiene numerosas aplicaciones en la industria hoy en día. Para un consumo energético más responsable es muy importante el aislamiento térmico de las viviendas, tanto de los elementos que forman parte de la edificación, como de sus instalaciones. Otra aplicación es para la creación de termos que conserven las bebidas calientes o frías. Para esto es necesario estudia las propiedades conductoras de cada material. En el siguiente enlace se puede leer un artículo sobre los materiales aislantes.
El hielo se derrite más rápido en el material que presente mayor conductividad térmica, ya que facilita el intercambio de energía entre el material y el hielo. En el vídeo el metal derrite antes al hielo que la madera. Si desconocemos que material presenta mayor conductividad térmica, este sería un método para comprobarlo. Colocando hielos de tamaños similares sobre cada material, y el primero en derretirse nos indicaría el material con mayor conductividad.
La conductividad es la capacidad que tiene un material para dejar pasar la corriente eléctrica a través de él. El mejor conductor es la plata, pero por cuestiones económicas no es el más utilizado. En su lugar se utiliza el cobre, el segundo metal con mejor conductividad y sus aplicaciones aparte de ser muy numerosas, son imprescindibles para la vida tal y cómo la entendemos hoy en día.
Buen ejemplo de conductividad térmica, y que podría llevarse al aula para introducir el concepto de sensación térmica, empleado de forma abusiva en medios de comunicación cuando hablan de temperaturas. La temperatura ambiente es la que corresponde, otra cosa es que al hacer viento, este golpea tu piel y te enfría más rápido, haciendo que tengas más sensación de frío, pero no significa que existan varias temperaturas.
As bolsas térmicas, usadas, por exemplo, no reparto de comida a domicilio, están feitas de materiais como polipropileno, poliuretano, polietileno ou poliestireno expandido pola súa baixa condutividade térmica, que permite manter a temperatura da comida durante máis tempo.
Por ello las «cocteleras» que se utilizan para hacer cócteles, son generalmente de acero inoxidable, y no por ejemplo, de madera, ya que es gracias a la alta conductividad de este metal que se consigue enfriar rápidamente el «coctel», tras agitarse el líquido junto a los hielos en él.
El término de conductividad está muy presente en el día a día. Por ejemplo: el interior de las neveras suele ser de material plástico dado que contribuye al aislamiento térmico, por poseer una conductividad térmica moderada. El plástico contribuye a limitar la transferencia de calor hacia el interior de la nevera. Además, se trata de un material que no es conductor eléctrico, es fácil de moldear, posee una alta resistencia a la humedad, bajo costo y alta ligereza. En su conjunto, el uso de plástico en el interior de las neveras ofrece una combinación de propiedades que contribuyen al aislamiento térmico efectivo y eficiente del electrodoméstico.
Aunque en éste experimento se habla de la conductividad térmica, tiene elementos en común con la conductividad eléctrica. Por poner un ejemplo al utilizar un desfibrilador ( descarga eléctrica) en el cuerpo humano, muy utilizado en paradas cardiorrespiratorias, si en el momento de la descarga tocamos al individuo que recibe la descarga, la persona en contacto recibe la misma descarga eléctrica ya que somos conductores. Lo mismo ocurre si administramos la descarga sobre una cubierta de metal, ya que el metal es conductor, al igual que el agua que también es conductor eléctrico.
No ocurre lo mismo con otros materiales como el plástico que es aislante.
Experimento súper sinxelo que ilustra con moita claridade o concepto de conductividade térmica. Poden poñerse exemplos prácticos de conducción, convección e radiación como o forno microondas ou o forno convencional (con ventilador) e explicar as características de cada un.
En el siguiente vídeo se comparan dos metales con conductividades térmicas muy distintas (plata y hierro), además de mencionar que el diamante tiene una conductividad térmica 5 veces superior a la plata, lo cual desconocía.
Otro claro ejemplo de un concepto, el de conductividad térmica, que se puede dar en situaciones muy del día a día, por este motivo, me parece que es un concepto que va a despertar especial interés si lo relacionamos con situaciones que nos pasan. Por ejemplo, podemos explicarle porque las bolsas del supermercado son más caras si conservan el frío, ya que están hechas de un material especial para eso. Además, si sabemos que siendo conscientes de esto, podemos evitar alguna que otra quemadura, mucho mejor.