Conducción
La conducción es la transferencia de calor por contacto directo, cuando las partículas que se mueven más rápido chocan con vecinas más lentas y transmiten energía.
Definition
La conducción es calor que se mueve a través de algo por contacto directo: partículas que se mueven rápido chocan con vecinas más lentas y transmiten energía sin que el material mismo fluya, de un vecino al siguiente, como una fila de personas pasándose cubetas. Transfiere energía térmica a través de un material, o entre materiales que se tocan entre sí, funcionando mejor en sólidos, especialmente metales, donde los electrones libres llevan energía rápidamente, y de manera deficiente en gases. La conducción en estado estable obedece la ley de Fourier, $\dot{Q} = kA\,\Delta T/L$, donde $k$ es la conductividad térmica, $A$ es el área transversal, $L$ es el grosor, y $\Delta T$ es la diferencia de temperatura; en aislantes y gases, la energía viaja en cambio a través de vibraciones de la red (fonones) o colisiones moleculares, lo cual es mucho más lento.
Example
Deja una cuchara de metal en una olla de sopa caliente y el mango se calienta mientras el calor viaja por él por conducción; una silla de metal en una habitación a $20^\circ\text{C}$ se siente más fría que una de madera porque conduce el calor lejos de tu piel unas $1{,}000$ veces más rápido, aunque ambas estén a $20^\circ\text{C}$. Una barra de cobre ($k = 400\ \text{W/(m}\cdot\text{K)}$) de $0.5\ \text{m}$ de largo con sección transversal de $2 \times 10^{-4}\ \text{m}^2$ que conecta un baño a $100^\circ\text{C}$ con uno a $0^\circ\text{C}$ transporta $\dot{Q} = 400 \times 2 \times 10^{-4} \times 100 / 0.5 = 16\ \text{W}$, mientras que una barra de vidrio del mismo tamaño transportaría solo $0.032\ \text{W}$.
Key Insight
Los metales conducen bien el calor por la misma razón que conducen la electricidad: sus electrones libres llevan energía rápidamente a través del sólido, y esos mismos electrones explican la ley de Wiedemann-Franz que vincula la conductividad térmica y eléctrica. La resistencia térmica $R = L/(kA)$ se suma en serie exactamente como la resistencia eléctrica, y esa analogía es cómo los ingenieros de construcción calculan el valor R de paredes hechas de varias capas.