En muchos aspectos, la conducción de calor en los sólidos es similar a la conducción de electricidad en los conductores eléctricos. En un conductor, el flujo de electricidad está dirigido por una diferencia de potencial y del mismo modo, el flujo de calor depende de una diferencia de temperatura. En la conducción eléctrica, la carga eléctrica se transfiere desde un punto en un conductor a otro por el movimiento de los electrones. En la conducción térmica, el calor es transportado desde un punto de un sólido hasta otro por la vibración de las moléculas del sólido debido a su energía incrementada.
La conducción del calor se rige por la ley de Fourier, que establece que: la tasa de transferencia de calor (Q) entre dos puntos lo suficientemente cercanos en un medio es proporcional a la diferencia de temperatura entre los dos puntos, (T1-T2) dividida por su separación (Δx) y la normal del área a la dirección del flujo de calor (A). La constante de proporcionalidad se denomina coeficiente de conductividad térmica del material (k). Matemáticamente, esto se puede expresar de la siguiente manera:
Q = k A ( T1 - T2 )/Δx
donde Q es la tasa de transferencia de calor en vatios.
El flujo de corriente eléctrica se rige por la ley de Ohm, que establece que la corriente eléctrica (I) que fluye entre dos puntos en un conductor es igual a la diferencia de potencial entre los dos puntos (V1-V2), dividida por la resistencia eléctrica entre ellos (R). La ley de Ohm se puede expresar de la siguiente manera:
I = (V1 - V2 )/R
Las ecuaciones anteriores sugieren que la siguiente analogía contiene:
| Conducción térmica
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Conducción eléctrica
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|---|
| Tasa del flujo de calor: Q
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Corriente eléctrica: I
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| Diferencia de temperatura: ΔT = T1 - T2
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Diferencia de potencial: ΔV = V1 - V2
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| Resistencia térmica: Rthermal = Δx/(kA)
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Resistencia eléctrica = R
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La siguiente figura muestra la analogía entre los dos fenómenos.
