La conductividad termal de los metales

Estas dos cacerolas tienen la misma temperatura. Una de ellas tiene un asa de plástico y la otra un asa de metal. Puedes agarrar el asa de plástico, pero - ¡ay! - si agarras el de metal te quemarás la mano. El metal es un buen conductor de calor. Cuando la cacerola calienta un extremo, el calor se extiende por todo el asa.

Los metales son buenos conductores térmicos. El asa de plástico se calienta igual que en este extremo de la cacerola pero el calor no se propaga tan fácilmente a través del plástico. El plástico es un aislante térmico. La mayoría de materiales son aislantes térmicos, como por ejemplo: el vidrio, la piedra, la madera y la tela. Pero todos los metales son buenos conductores térmicos. ¿Por qué es así?

Para responder a esta pregunta, debemos ver qué es el calor a nivel atómico. Todas las sustancias constan de átomos. En los sólidos, los átomos permanecen en su lugar, pero no están del todo quietos: Se mueven constantemente de un lado para otro y vibran. Cuanto más caliente está el material, con más fuerza vibran los átomos. Y en eso consiste el calor: movimiento a nivel atómico.

Entonces, ¿cómo se difunde el calor? Ésta es una representación simplificada de un no metal. Los átomos están unidos entre sí con con enlaces químicos. Los enlaces consisten en electrones situados entre los átomos. Calentemos una parte de este material. Los átomos que se calientan empiezan a moverse con más fuerza.

Este movimiento pasa a través de los enlaces químicos a los átomos cercanos, que a su vez comienzan a vibrar más. Luego, el movimiento pasa a los átomos siguientes, y así sucesivamente. En este material, cada átomo sólo puede afectar a sus vecinos más cercanos. Y, con cada paso, las vibraciones se debilitan un poco. El calor se conduce mal en este no metal.

Entonces, ¿qué ocurre con los metales? Los átomos de metal también se colocan en lugares fijos. Y hay electrones entre los átomos. Pero, en los metales, los electrones tienen libertad para moverse. Estos electrones libres no están unidos a determinados átomos.

Pueden moverse por cualquier parte e todo el material. Y esto, de hecho, mejora enormemente la conductividad térmica. Observa lo que ocurre cuando calentamos una parte del metal: estos átomos empiezan a vibrar más. Un átomo vibrante puede empujar a un un electrón libre, lo que hace que se mueva más rápido. El electrón que se mueve rápido choca con otro átomo y hace que vibre más.

Y el electrón puede continuar golpeando incluso más átomos antes de que se ralentice. Los electrones también chocan entre sí. Esto significa que obtenemos electrones cada vez más rápidos por todo el material que calientan más átomos al mismo tiempo. Son estos electrones libres los que hacen que todos los metales sean tan buenos conductores térmicos. El calor es movimiento a nivel atómico.

El calor se propaga a medida que las vibraciones atraviesan el material. Lo que es especial de los metales es que tienen electrones libres que ayudan a llevar el calor, no sólo a los átomos cercanos, sino también más lejos. Esto hace que la conductividad térmica sea mucho mayor en los metales. Por eso te puedes quemar la mano con el asa de metal, a menos que uses un agarrador que, claro está, no tenga electrones libres.