La conduttività nei metalli è una misura della capacità di un materiale di trasmettere calore o elettricità (o suono). Il reciproco della conduttività è la resistenza, o la capacità di ridurre il flusso di quelli.
La comprensione della tendenza di un materiale a condurre può essere un fattore critico nella selezione di quel materiale per una data applicazione. Chiaramente, alcuni materiali sono scelti perché conducono facilmente l’elettricità (come il filo, per esempio) o il calore (come le alette o i tubi in un radiatore o uno scambiatore di calore). Per altre applicazioni (come l’isolamento), i materiali sono scelti perché specificamente non conducono molto bene.
I metalli puri tenderanno a fornire la migliore conduttività. Nella maggior parte dei metalli, l’esistenza di impurità limita il flusso di elettroni. Rispetto ai metalli puri, quindi, gli elementi che vengono aggiunti come agenti di lega potrebbero essere considerati “impurità”. Quindi le leghe tendono ad offrire meno conducibilità elettrica del metallo puro. Se sono richieste diverse proprietà fornite dalle leghe (per esempio, durezza o resistenza aggiuntive), è importante scegliere le aggiunte di leghe che non influenzano significativamente la conduttività, se anche questa è importante.
I metalli conducono elettricità permettendo agli elettroni liberi di muoversi tra gli atomi. Questi elettroni non sono associati ad un singolo atomo o ad un legame covalente. Poiché le cariche simili si respingono a vicenda, il movimento di un elettrone libero all’interno del reticolo disloca quelli nell’atomo successivo, e il processo si ripete – muovendosi nella direzione della corrente, verso l’estremità con carica positiva.
La conducibilità termica è simile a quella elettrica, nel senso che eccitando gli atomi in una sezione si eccitano e vibrano gli atomi adiacenti. Questo movimento o energia cinetica – non diversamente dallo sfregare le mani per scaldarsi – permette al calore di muoversi attraverso il metallo. Le leghe, che sono una combinazione di diversi elementi metallici, tendono ad offrire un livello inferiore di conducibilità termica rispetto ai metalli puri. Atomi di diverse dimensioni o peso atomico vibreranno ad una velocità diversa, il che cambia il modello di conducibilità termica. Se c’è meno trasferimento di energia tra gli atomi, c’è meno conduttività.
L’argento puro e il rame forniscono la più alta conduttività termica, l’alluminio meno. Gli acciai inossidabili forniscono una bassa conducibilità termica. Alcuni materiali, tra cui il rame, conducono facilmente sia il calore che l’elettricità. Mentre altri, come il vetro, conducono il calore ma non l’elettricità.
Come abbiamo notato prima, la scelta del metallo per qualsiasi applicazione probabilmente comporta dei compromessi. Per esempio, consideriamo la scelta del metallo nelle pentole. Mentre l’alluminio è un discreto conduttore di calore, il rame conduce meglio e fornirebbe prestazioni di cottura più veloci e più uniformi – se state cercando quel pasto veloce. Ma il rame è molto più costoso. Ecco perché tutte le pentole, tranne quelle di fascia alta, sono fatte di alluminio, o di alluminio con un rivestimento (l’alluminio è reattivo ai cibi salati e acidi), e non del più costoso rame. Il rame con un rivestimento in acciaio inossidabile sarebbe ancora un’altra scelta.
Come per la maggior parte di queste applicazioni, il vostro metallurgista di quartiere può aiutarvi a prendere una decisione conveniente sulla selezione della lega – per la conduttività o quasi qualsiasi altra prestazione desiderata.