Condutividade Elétrica e Térmica
Em um determinado ambiente térmico, as condutividades térmica e elétrica dos metais são proporcionais. No entanto, um aumento na temperatura aumenta a condutividade térmica e diminui a condutividade elétrica. Esse comportamento é descrito pela lei de Wiedemann-Franz. Esta lei afirma que a razão entre a contribuição eletrônica da condutividade térmica (k) para a condutividade elétrica (σ) em um metal é proporcional à temperatura (T).
A relação qualitativa é fundamentada na ideia de que tanto o transporte de calor quanto o elétrico envolvem os elétrons livres no metal. A condutividade elétrica diminui à medida que a velocidade das partículas aumenta, já que as colisões desviam os elétrons do transporte de carga. Por outro lado, a condutividade térmica aumenta com a velocidade média das partículas, incrementando o transporte de energia.
A lei de Wiedemann-Franz é geralmente observada em altas temperaturas. Nas regiões de baixa e média temperatura, a lei falha devido à dispersão inelástica dos portadores de carga.
Condutividade Elétrica
A condutividade elétrica é uma propriedade física dos materiais que indica a capacidade de conduzir corrente elétrica. A unidade SI de condutividade elétrica é o siemens por metro (S/m). A condutividade elétrica de um material é determinada por vários fatores, incluindo a densidade e mobilidade dos portadores de carga (como elétrons ou íons), a estrutura do material, temperatura e outros fatores ambientais.
Materiais com alta condutividade elétrica, como metais e alguns tipos de sais e soluções, são comumente utilizados em aplicações elétricas e eletrônicas, onde são usados para transportar corrente elétrica com mínima resistência ou perda de energia. Outros materiais com baixa condutividade elétrica, como isolantes e semicondutores, são usados em aplicações onde podem ser utilizados para controlar ou manipular o fluxo de carga elétrica.
Condutividade Térmica
A condutividade térmica da maioria dos líquidos e sólidos varia com a temperatura e, para vapores, também depende da pressão. Em geral, os metais são sólidos e possuem uma estrutura cristalina onde os íons (núcleos com suas camadas de elétrons de núcleo) ocupam posições equivalentes na rede cristalina. Os metais, em geral, têm alta condutividade elétrica e térmica, e alta densidade. Portanto, o transporte de energia térmica pode ser devido a dois efeitos: a migração de elétrons livres e as ondas vibracionais da rede (fonons).
É importante notar que a correlação geral entre condutividade elétrica e térmica não se mantém para outros materiais devido à maior importância dos portadores de fonons para o calor em não-metais.
