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Conduttività termica dei materiali più comuni
Che cos'è la conduttività termica?
Laconducibilità termica è una misura della capacità di un materiale di trasferire il calore. Indica la velocità con cui il calore si sposta attraverso un materiale da un lato più caldo a uno più freddo. L'unità di misura utilizzata è il watt per metro-kelvin (W/m-K). Un'alta conducibilità termica significa che il materiale trasferisce velocemente il calore, mentre valori bassi indicano che il materiale è un cattivo conduttore. I metalli tendono ad avere una conduttività termica elevata. Materiali come il legno o la plastica hanno di solito una bassa conducibilità. Questa differenza influisce sull'uso di questi materiali nelle applicazioni, come ad esempio nelle pentole, nell'isolamento o negli scambiatori di calore.
Il concetto può sembrare tecnico, ma ha un'utilità nella vita reale: per esempio, l'elevata conducibilità termica del rame è il motivo per cui viene utilizzato nei cavi elettrici e nelle pentole. Al contrario, le sostanze a bassa conducibilità termica sono ottimi isolanti per case e frigoriferi. I dati sulla conducibilità termica aiutano gli ingegneri a scegliere il materiale giusto per compiti specifici.
Elenco della conducibilità termica dei materiali più comuni
Di seguito è riportato un elenco di materiali comuni e i loro valori tipici di conducibilità termica:
Metalli (alta conducibilità termica)
|
Materiale |
Conduttività termica (W/m-K) |
|
Argento |
~429 |
|
Rame |
~401 |
|
Oro |
~318 |
|
~237 |
|
|
Ottone |
~109 |
|
Acciaio (carbonio) |
~45-60 |
|
Acciaio inox 304 |
~16 |
|
Ferro (puro) |
~80 |
Ceramica e isolanti
|
Materiale |
Conduttività termica (W/m-K) |
|
Nitruro di alluminio |
~140-180 |
|
~120-270 |
|
|
Allumina (Al₂O₃) |
~25-35 |
|
~2-3 |
|
|
Nitruro di boro (es.) |
~30-60 (anisotropo) |
|
Vetro (soda-calce) |
~1.1 |
|
Porcellana |
~1.5 |
Polimeri e plastica
|
Materiale |
Conduttività termica (W/m-K) |
|
Polietilene |
~0.4 |
|
PVC |
~0.19 |
|
~0.25 |
|
|
Nylon |
~0.25 |
|
Polistirene |
~0.03 |
Semiconduttori
|
Materiale |
Conduttività termica (W/m-K) |
|
Diamante (sintetico) |
~1000-2200 |
|
Silicio |
~148 |
|
~60 |
|
|
Nitruro di gallio |
~130-230 |
Altri materiali
|
Materiale |
Conduttività termica (W/m-K) |
|
Legno (secco) |
~0.1-0.2 |
|
Calcestruzzo |
~1.0-1.8 |
|
Acqua (liquida, 25°C) |
~0.6 |
|
Aria (a 25°C) |
~0.025 |
|
Ghiaccio |
~2.2 |
- Rame: Circa 400 W/m-K.
Il rame è un metallo molto utilizzato negli scambiatori di calore e negli utensili da cucina per la sua eccellente capacità di trasferimento del calore.
- Alluminio: Circa 205 W/m-K.
L'alluminio è comune nei prodotti da cucina e nei materiali da costruzione. È leggero ma conduce bene il calore.
- Ferro: circa 80 W/m-K.
Il ferro è presente in molti articoli da costruzione e macchinari. La sua conduttività lo rende adatto alle applicazioni che richiedono un trasferimento di calore moderato.
- Acciaio inox: Circa 15-20 W/m-K.
Grazie alla sua minore conduttività, l'acciaio inox è adatto ad applicazioni che richiedono un minore trasferimento di calore. Viene spesso utilizzato nelle attrezzature da cucina e nelle parti industriali.
- Vetro: Tipicamente nell'ordine di 1 W/m-K.
Il vetro è utilizzato nelle finestre e nei vetri isolanti. La sua bassa proprietà di trasferimento del calore lo rende efficiente per i progetti di risparmio energetico.
- Legno: tra 0,1 e 0,2 W/m-K.
Il legno funge da materiale isolante nelle abitazioni grazie alla sua bassa conduttività. È comune nei mobili e nelle strutture edilizie.
- Plastica: Varia intorno a 0,1-0,5 W/m-K.
Le materie plastiche sono utilizzate negli articoli per la casa e nelle custodie elettroniche. Sono scarsi conduttori, il che aiuta a ridurre al minimo la perdita o l'aumento di calore.
- Ceramica: Circa 1-30 W/m-K.
La ceramica ha un'ampia gamma di valori a causa delle diverse composizioni. Sono utilizzate nelle pentole, nell'elettronica e nelle applicazioni ad alta temperatura. Ad esempio, la porcellana ha una conduttività inferiore rispetto alle ceramiche tecniche avanzate.
Questi valori sono approssimativi. In pratica, la purezza, la composizione e la temperatura possono influenzare i valori esatti. Nella scelta di un materiale, gli ingegneri si avvalgono di dati affidabili e dell'esperienza per selezionare l'opzione migliore per le attività di riscaldamento o raffreddamento.
Le applicazioni utilizzano la conduttività termica in molti modi. Nell'isolamento degli edifici, i materiali a bassa conducibilità mantengono l'aria calda all'interno in inverno e all'esterno in estate. Nei dispositivi elettronici, le parti ad alta conducibilità aiutano a diffondere il calore e a prevenire i danni. Nei componenti automobilistici, la conducibilità termica influenza l'efficienza e la sicurezza. Artigiani e ingegneri si affidano da tempo a questi numeri per orientare le loro scelte.
Conclusione
La conducibilità termica è una proprietà importante che gioca un ruolo importante nella selezione dei materiali per vari compiti. Abbiamo visto che metalli come il rame e l'alluminio conducono molto bene il calore, rendendoli ideali per le applicazioni che richiedono un rapido trasferimento di calore. Mentre materiali come il legno, la plastica e il vetro fungono da isolanti e sono utilizzati quando è necessario trattenere o prevenire il calore. Per ulteriori informazioni tecniche e assistenza, consultare Stanford Advanced Materials (SAM).
Domande frequenti
F: Cosa indica la conduttività termica?
D: Misura la velocità con cui il calore si muove attraverso un materiale, indicando la sua efficienza nel trasferire il calore.
F: Perché si usa il rame nelle pentole?
D: Perché la sua elevata conducibilità termica garantisce una distribuzione rapida e uniforme del calore.
F: In che modo la bassa conducibilità termica favorisce l'isolamento degli edifici?
D: Rallenta il trasferimento di calore, mantenendo gli interni caldi in inverno e freschi in estate.
Chin Trento
