Propiedad de un material que cuantifica la rapidez con que se conduce el calor a través de él; habitualmente se expresa como flujo de calor por unidad de gradiente de temperatura (k en la ley de Fourier, q = -k ∇T).

Principio

En el régimen continuo, el flujo térmico es proporcional al gradiente local de temperatura; la constante de proporcionalidad es la conductividad térmica. En medios anisótropos esto se representa como un tensor de segundo orden. La dependencia con la temperatura y los mecanismos microscópicos de transporte determinan k.

Demostración

Conducción térmica unidimensional y estacionaria a lo largo de una barra uniforme de sección A y longitud L entre temperaturas T1 y T2: q = -k A (T2 - T1)/L. Un metal con k alto como el cobre muestra un q mucho mayor que un polímero con k bajo bajo el mismo gradiente.

Aplicación incorrecta

Confundir conductividad térmica con difusividad térmica o capacidad calorífica; aplicar valores macroscópicos de k en escalas micro/nano sin considerar el transporte balístico (fonones); asumir isotropía en cristales anisótropos.

Consecuencia

El uso correcto de k permite predecir flujos térmicos y campos de temperatura por conducción, seleccionar materiales para gestión térmica y calcular resistencias térmicas en sistemas por capas.

Inversión

Baja conductividad térmica (alta resistencia térmica, es decir aislamiento térmico) es el régimen inverso: diseñar materiales para impedir el flujo térmico en lugar de favorecerlo.

Límite

Se aplica en el régimen continuo (difusivo) y a materiales donde las variables termodinámicas locales están bien definidas. Excluye regímenes dominados por transporte balístico de fonones/electrones, efectos no locales fuertes o cuando los cambios de fase/reacciones químicas dominan la transferencia de calor.

Tensión semántica

Se confunde a menudo con la difusividad térmica (α = k/(ρ c_p)), que combina conductividad y almacenamiento, y con la conductancia térmica de contacto (propiedad de interfaz, no volumétrica).

Síntesis

La conductividad térmica es la medida continua de la capacidad intrínseca de un material para transmitir energía térmica por unidad de gradiente de temperatura; es la constante de proporcionalidad en la ley de Fourier y debe usarse considerando escala, anisotropía y dependencia con la temperatura, distinta de las propiedades de almacenamiento o de interfaz.