Conducibilità termica
Anche: Conduzione del calore, Conduttività termica, λ (lambda)
La conducibilità termica descrive quanto bene un materiale trasporta l'energia termica al proprio interno e si esprime in watt per metro e kelvin (W/(m·K)).
La conducibilità termica (simbolo λ, unità W/(m·K)) è una proprietà del materiale che indica con quale rapidità un solido, un liquido o un gas trasporta l'energia termica da una zona più calda a una più fredda. Più alto è il valore di λ, più efficientemente il materiale conduce il calore. I metalli preziosi sono tra i migliori conduttori termici in assoluto – una proprietà tanto richiesta nell'industria quanto rilevante nel calcolatore del valore di fusione per le leghe.
Contesto fisico
Nei metalli il trasporto di calore avviene prevalentemente tramite gli elettroni liberi, non solo tramite le vibrazioni reticolari (fononi). Per questo i buoni conduttori elettrici sono di norma anche buoni conduttori termici – relazione descritta dalla legge di Wiedemann-Franz:
λ / σ = L · T
Dove σ è la conducibilità elettrica, T la temperatura assoluta (in kelvin) e L il numero di Lorenz (≈ 2,44 × 10⁻⁸ W·Ω/K²). La legge vale con buona approssimazione per i metalli puri a temperatura ambiente.
I metalli preziosi a confronto
L'argento guida la classifica dei metalli purissimi con 429 W/(m·K) ed è quindi il miglior conduttore termico metallico in assoluto. Il rame segue di poco con 401 W/(m·K) – ragione per cui il rame domina, come alternativa più economica, in dissipatori e scambiatori di calore. L'oro raggiunge 318 W/(m·K) e viene impiegato dove la resistenza alla corrosione ha la priorità, ad esempio nell'aeronautica e nell'astronautica o nella microelettronica. Platino e palladio, con circa 72 W/(m·K), si collocano nettamente più in basso, ma spiccano per la loro resistenza alle alte temperature.
| Metallo | λ in W/(m·K) | Applicazione principale (termica) |
|---|---|---|
| Argento | 429 | Contatti, paste, saldatura |
| Rame | 401 | Dissipatori, scambiatori di calore |
| Oro | 318 | Microchip, astronautica |
| Platino | 72 | Termocoppie, alte temperature |
| Palladio | 72 | Catalizzatori, elettrodi |
Rilevanza pratica
Nell'elettronica la conducibilità termica determina quanto efficacemente vengano raffreddati processori e semiconduttori di potenza. Paste termiche e strati sinterizzati a base d'argento sono considerati lo stato dell'arte per i chip ad alte prestazioni. Nel settore della gioielleria e delle leghe, ogni partner di lega modifica il valore di λ: l'argento sterling (925) conduce già in modo percepibilmente peggiore rispetto all'argento puro, perché i difetti reticolari ostacolano il movimento degli elettroni.
La conducibilità termica influenza anche il cosiddetto test del ghiaccio sull'argento: l'argento puro conduce il calore così bene che un cubetto di ghiaccio su un lingotto d'argento si scioglie nettamente più in fretta che sulla maggior parte degli altri metalli – un semplice test di plausibilità per uso domestico.
In breve
L'argento è il miglior conduttore termico metallico tra gli elementi conosciuti; rame e oro seguono a breve distanza. Questa proprietà rende i metalli preziosi materiali indispensabili nell'elettronica ad alte prestazioni, nell'astronautica e nella tecnica termica – ben oltre la loro funzione di metallo prezioso da investimento.