Conductividad Eléctrica y Térmica
En el campo de la física y la ingeniería, dos propiedades fundamentales de los materiales son la conductividad eléctrica y térmica. Estas propiedades, aunque distintas, muestran una relación proporcional en los metales según la ley de Wiedemann-Franz.
Ley de Wiedemann-Franz
Esta ley establece que la relación entre la contribución electrónica de la conductividad térmica (k) y la conductividad eléctrica (σ) en un metal es proporcional a la temperatura (T). En términos matemáticos, se expresa a través de la fórmula:
k/σ = LT, donde L es una constante conocida como número de Lorenz.
Este comportamiento se basa en que tanto el transporte de calor como el eléctrico en los metales involucran a los electrones libres. A mayor temperatura, la conductividad eléctrica disminuye debido a que las colisiones desvían a los electrones, impidiendo un transporte efectivo de carga. Sin embargo, la conductividad térmica aumenta con la velocidad promedio de las partículas, lo que favorece el transporte de energía.
Conductividad Eléctrica
La conductividad eléctrica representa la capacidad de un material para conducir corriente eléctrica. Su unidad en el Sistema Internacional es el siemens por metro (S/m). Factores como la densidad y movilidad de los portadores de carga (electrones o iones), la estructura del material, la temperatura y otros factores ambientales influyen en ella. Los materiales con alta conductividad eléctrica, como los metales, algunas sales y soluciones, se utilizan para transportar corriente eléctrica con mínima resistencia o pérdida de energía.
Conductividad Térmica
La conductividad térmica varía con la temperatura en líquidos y sólidos, y en los vapores también depende de la presión. Los metales, al ser sólidos con estructura cristalina, poseen alta conductividad eléctrica y térmica, además de alta densidad. El transporte de energía térmica en los metales puede deberse a dos efectos: la migración de electrones libres y las ondas de vibración de la red cristalina (fonones).
Es importante destacar que la correlación entre conductancia eléctrica y térmica no se mantiene en materiales no metálicos, donde el transporte de calor por fonones adquiere mayor importancia.
Conclusión
En resumen, mientras que la conductividad eléctrica y térmica en metales están relacionadas y varían con la temperatura de acuerdo con la ley de Wiedemann-Franz, esta relación no se mantiene en otros materiales. Esta comprensión es esencial para aplicaciones en física y ingeniería, donde el manejo adecuado de estas propiedades es crucial.
