A capacidade de um material transmitir calor, eletricidade ou som é chamada condutividade — mas cada uma é um fenômeno físico distinto com mecanismos, unidades e rankings de materiais diferentes.
Condutividade Térmica (k, λ ou κ)
- Definição: Fluxo de calor por unidade de gradiente de temperatura. q = -k ∇T
- Unidades: W/(m·K)
- Mecanismo: Vibrações de rede (fônons) + transporte de elétrons livres
- Melhores Materiais: Diamante (2000), Prata (429), Cobre (401), Grafeno (~5000), Alumínio (237)
- Isolantes: Aerogel (0.013), Espuma de poliuretano (0.026), Madeira (0.12–0.19)
Condutividade Elétrica (σ ou κ)
- Definição: Densidade de corrente por unidade de campo elétrico. J = σE
- Unidades: Siemens/metro (S/m). Recíproco: resistividade (Ω·m)
- Mecanismo: Deriva de elétrons/lacunas livres na banda de condução
- Melhores Materiais: Prata (63×10⁶), Cobre (59.6×10⁶), Ouro (45.2×10⁶), Alumínio (37.8×10⁶)
- Isolantes: PTFE (10⁻¹⁸), Vidro (10⁻¹²), Madeira seca (10⁻⁸)
Lei de Wiedemann-Franz: Para metais, a razão condutividade térmica/elétrica ∝ temperatura (número de Lorenz). Bons condutores elétricos são bons condutores térmicos.
Condutividade do Som (Impedância Acústica / Transmissão)
- Não é um único "condutividade" escalar — governada pela impedância acústica Z = ρc (densidade × velocidade do som)
- Coeficiente de transmissão na interface: T = 4Z₁Z₂/(Z₁+Z₂)²
- Mecanismo: Propagação de onda mecânica (longitudinal + cisalhamento)
- Bons Transmissores: Aço (Z≈47 MRayl), Água (1.5), Alumínio (17)
- Bons Isolantes (Absorvedores): Espuma, Fibra de vidro, Ar (Z≈0.0004) — descontinuidade de impedância reflete o som
Comparação de Ranking de Materiais
| Material | Térmica (W/m·K) | Elétrica (MS/m) | Impedância Acústica (MRayl) |
|---|
| Prata | 429 | 63 | — |
| Cobre | 401 | 59.6 | — |
| Alumínio | 237 | 37.8 | 17 |
| Aço | 50 | 6–10 | 47 |
| Água | 0.6 | 0.005–5 | 1.5 |
| Vidro | 1.0 | 10⁻¹² | 13 |
| Ar | 0.026 | 0 | 0.0004 |
Insight Principal
Nenhum material é "universalmente condutor". Metais conduzem calor e eletricidade bem, mas refletem o som (alta descontinuidade de impedância com ar). Materiais porosos absorvem som, mas isolam térmica e eletricamente. Projete para o domínio de energia específico — gestão térmica, condução elétrica ou controle acústico — usando materiais otimizados para aquela física.
