Condutividade térmica
Também: Condução de calor, Condutividade calorífica, λ (lambda)
A condutividade térmica descreve o quão bem um material transporta energia térmica através de si e é expressa em watts por metro e kelvin (W/(m·K)).
A condutividade térmica (símbolo λ, unidade W/(m·K)) é uma propriedade do material que indica a rapidez com que um sólido, um líquido ou um gás transporta energia térmica de uma zona mais quente para uma zona mais fria. Quanto maior o valor de λ, mais eficientemente o material conduz o calor. Os metais preciosos estão entre os melhores condutores de calor que existem — uma propriedade tão procurada na indústria como relevante na calculadora de valor de fusão para ligas.
Fundamento físico
O transporte de calor nos metais faz-se sobretudo através dos eletrões livres, e não apenas pelas vibrações da rede cristalina (fonões). Por isso, os bons condutores elétricos são, regra geral, também bons condutores de calor — relação descrita pela lei de Wiedemann-Franz:
λ / σ = L · T
Aqui, σ é a condutividade elétrica, T a temperatura absoluta (em kelvin) e L o número de Lorenz (≈ 2,44 × 10⁻⁸ W·Ω/K²). A lei aplica-se razoavelmente bem a metais puros à temperatura ambiente.
Os metais preciosos em comparação
A prata encabeça a lista dos metais puros com 429 W/(m·K), sendo assim o melhor condutor térmico metálico que existe. O cobre segue-se logo atrás com 401 W/(m·K) — razão pela qual o cobre domina como alternativa mais económica em dissipadores e permutadores de calor. O ouro atinge 318 W/(m·K) e é utilizado onde a resistência à corrosão tem prioridade, por exemplo na aeronáutica e aeroespacial ou na microeletrónica. A platina e o paládio situam-se bastante mais abaixo, com cerca de 72 W/(m·K), mas destacam-se pela sua resistência a altas temperaturas.
| Metal | λ em W/(m·K) | Aplicação principal (térmica) |
|---|---|---|
| Prata | 429 | Contactos, pasta, soldadura |
| Cobre | 401 | Dissipadores, permutadores de calor |
| Ouro | 318 | Microchips, aeroespacial |
| Platina | 72 | Termopares, altas temperaturas |
| Paládio | 72 | Catalisadores, elétrodos |
Importância prática
Na eletrónica, a condutividade térmica determina a eficácia com que processadores e semicondutores de potência são arrefecidos. As pastas térmicas com prata e as camadas sinterizadas são consideradas o estado da arte para chips de alto desempenho. No domínio da joalharia e das ligas, cada metal de liga altera o valor de λ: a prata de lei (925) conduz já sensivelmente pior do que a prata pura, porque os defeitos da rede cristalina perturbam o movimento dos eletrões.
A condutividade térmica influencia também o chamado teste do gelo na prata: a prata pura conduz o calor tão bem que um cubo de gelo colocado sobre uma barra de prata derrete muito mais depressa do que na maioria dos outros metais — um teste de plausibilidade simples para uso doméstico.
Em resumo
A prata é o melhor condutor térmico metálico entre os elementos conhecidos; o cobre e o ouro seguem-se a alguma distância. Esta propriedade torna os metais preciosos materiais indispensáveis na eletrónica de alto desempenho, na indústria aeroespacial e na engenharia térmica — muito para além da sua função como metal precioso de investimento.