Conducibilità termica e resistenza termica

Che cosa sono la conducibilità termica e la resistenza termica?

La conducibilità termica rappresenta l'attitudine di un materiale a trasmettere il calore attraverso la modalità di propagazione del calore per conduzione escludendo gli eventuali contributi dati dalla convezione e dall'irraggiamento.

Il simbolo con cui si denota la conducibilità termica è λ e la sua unità di misura nel Sistema Internazionale è il W/(m∙K) cioè il watt su metro per kelvin.

La conducibilità termica è dunque una caratteristica specifica di ogni materiale più essa assume un valore elevato migliore sarà la possibilità di trasmettere calore attraverso quel corpo (buoni conduttori del calore come i metalli), se invece si avvicina a zero vuol dire che la capacità di trasmettere calore si riduce quasi del tutto (isolanti come il legno o la lana).

Tabella delle conducibilità termica di alcune sostanze

Tabella delle conducibilità termica

Espressione della conducibilità termica

Presa una lastra piana di spessore Δx le cui due facce sono esposte a due diverse temperature, dette:

P la potenza termica scambiata (W);
A l'area della sezione ortogonale della lastra al flusso metrico (m²);
λ la conducibilità termica del materiale;
ΔT/Δx il gradiente termico cioè la variazione di temperatura rispetto allo spessore (K/m);

si ha che:

Potenza termica scambiata

Questa legge è nota come postulato di Fourier e permette di determinare la potenza termica scambiata in una lastra piana di materiale omogeneo ed isotropo.

Dividendo ambo i membri della precedente per A si ottiene il flusso termico Φ ovvero la potenza termica scambiata per unità di area (W/m²):

Flusso termico

Ora ricaviamo l'espressione della conducibilità termica dalla prima espressione:

Conducibilità termica

Dalla precedente risulta quindi che l'unità di misura di λ come già detto prima è:

unità di misura della conducibilità termica

Per cui la conducibilità termica si può definire come la potenza termica scambiata per unità di spessore e per unità di salto termico.

Resistenza termica R

La resistenza termica R di un materiale rappresenta la capacità di un corpo ad opporsi al passaggio del calore e dipende dallo spessore Δx del materiale e dalla conducibilità termica λ secondo questa relazione:

Resistenza termica

L'unità di misura della resistenza termica è il m²∙K/W.

Se si mettono in serie due materiali con diversa resistenza termica la resistenza termica complessiva è data dalla somma delle due singole resistenze termiche.

Trasmittanza termica

La trasmittanza termica U di un materiale rappresenta la quantità di calore che viene trasmessa attraverso un elemento ed è definita come il reciproco della resistenza termica:

Trasmittanza termica