Niccolò M.

De ce metalul rece pare mai rece decât aerul rece?

(Îmi cer scuze pentru această întrebare elementară. Nu știu prea multe despre fizică.)

Sa zicem ca am pus o oala metalica la frigider pentru cateva ore.

În acest moment, cred că oala și aerul (din frigider) sunt la aceeași temperatură.

Acum ating oala asta. E foarte frig aici. Dar când „ating” aerul (adică din interiorul frigiderului), nu „simte” cât de rece este. Nu simt același „oh!” ce simt când ating oala.

De ce? De ce metalul pare mai rece decât aerul când ambele au aceeași temperatură?

(Știu că gazul conține mai puține particule pe unitate de volum decât solidele și lichidele, dar întrucât „temperatura” înseamnă „energie cinetică medie”), se presupune că mai puține particule de aer îmi vor lovi mâna la o viteză care va compensa mai puține dintre ei, nu-i așa?)

Întrebare legată, pentru a clarifica:

Dacă folosesc un termometru pentru a măsura temperatura oalei și a aerului (să zicem că este un termometru cu senzor care poate atinge obiecte), va afișa aceeași citire pentru ambele? Dacă da, ce face un termometru diferit de mâna mea? Adică brațul meu este un fel de termometru, așa că de ce s-ar rupe când un termometru non-uman ar funcționa?

SjonTeflon

Veritasium are un videoclip decent despre asta, comparând o tavă cu tortul în sine, o carte și un obiect metalic. Apoi întreabă diferiți oameni de pe stradă ce cred. youtube.com/watch?v=hNGJ0WHXMyE

Eric Lippert

Mă întreb care este mâna ta nu este un termometru; Un termometru măsoară cantitatea medie de energie termică care se află într-un obiect, dar acesta nu este ceva ce măsori cu mâna. „Senzația de răceală” sau „senzația de căldură” din mână măsoară de fapt cât de mult repede energia se mișcă între mâna ta și obiect, nu energia medie a obiectului .

daviewales

@SWeer, am făcut clic în mod special pe acesta pentru a lega acest videoclip la Veritasium.

Dubu

După cum arată videoclipul Veritasium, nu aveți nevoie de un frigider pentru acest efect. Comparați temperatura percepută a blocului metalic (sau a oalei sau a lamei) cu temperatura blocului de spumă, ca la temperatura camerei. Blocul de metal se va simți mai rece, în timp ce blocul de spumă se poate simți chiar mai cald decât aerul din jurul său, pentru că este un izolator atât de bun (adică un conductor de căldură slab).

Wossname

Mâna și termometrul nu măsoară temperatura de la sine? Nu doar că termometrul răspunde mai repede pentru că este din metal?

Răspunsuri

Frederick Brunner

Răspunsul scurt este:

Termometrul măsoară temperatura reală (care este aceeași pentru ambele) și mâna ta măsoară transmisie energie (caldura), care este mai mare pentru oala decat pentru aer.

Raspuns lung:

Cuvânt cheie: conductivitate termică

Diferența este un parametru specific materialului numit conductivitate termică. Dacă sunteți în contact cu orice material (gaz, lichid, solid), căldura, care este o formă de energie, va curge dintr-un mediu cu temperatură mai ridicată într-un mediu cu temperatură mai scăzută. Rata cu care se întâmplă acest lucru este determinată de un parametru numit conductivitate termică. Metalele tind să fie bune conductoare de căldură, astfel încât metalul pare mai rece decât aerul, chiar dacă temperatura este aceeași.

În ceea ce privește a doua întrebare: termometrul va afișa aceeași temperatură. Singura diferență este timpul necesar pentru a ajunge la echilibrul termic, adică atunci când termometrul arată temperatura corectă.

O notă finală: viteza cu care căldura (energia) este îndepărtată din corpul tău determină dacă percepi materialul ca fiind rece sau nu, chiar dacă temperatura este aceeași.

Pentru referință, iată un tabel care listează conductivitățile termice pentru mai multe materiale:

Yaroslav Komar

Noaptea voi adăuga că mai sunt două componente - capacitatea de căldură a mediului și densitatea acestuia, care pot afecta cât de frig este. Aceasta este uneori analizată în termeni de difuzivitate termică.

Dan

TL; Versiunea DR a acestui răspuns: Pielea noastră măsoară transferul de energie, nu temperatura.

David Wilkins

Deci, dacă îmi este foarte cald într-o zi însorită de vară, ar trebui să mă întind pe un pat argintiu la umbră? Dragă!

Jan Lalinsky

@Danu, cred că receptorii chiar răspund la temperatură receptori, întrucât temperatura este unul dintre factorii determinanți ai vitezei și intensității proceselor biologice. Când atingeți un metal, temperatura receptorilor scade rapid. Când atingeți aerul, corpul dumneavoastră este capabil să reziste pierderii de căldură, astfel încât receptorii să rămână aproape de temperatura lor naturală.

Peter Stoke

Nu sunt de acord cu opinia că pielea dumneavoastră poate măsura transferul de căldură. Poate măsura doar temperatura sau, mai precis, temperatura de suprafață a corpului pe care îl atingeți. Acum intră în joc difuzivitatea termică: când atingeți o bucată de lemn rece (difuzivitate termică scăzută), transferați căldură lemnului, stratul limită al lemnului se încălzește și se simte cald. Dacă, pe de altă parte, atingeți un bloc de oțel rece (difuzivitate termică mare), transferați și căldură, dar căldura este transferată rapid în interiorul metalului și astfel stratul limită rămâne rece.

Din același motiv, apa rece pare mai rece decât aerul rece.

Într-adevăr, acest lucru se datorează transferului de căldură mai mare, dar pielea nu măsoară direct acest lucru.

Frederick Brunner

Aș spune că „măsurile” ar trebui înțelese ca „reacționând mai mult sau mai puțin extrem la transferul de căldură în funcție de viteză”.

Peter Stoke

@ FredericBrünner Aceasta este definiția cuvântului „măsură”. Iar sistemul (sensor de piele sau tehnic) nu poate răspunde direct la fluxul de căldură, ci doar la influența acestuia, adică la o modificare a temperaturii. Încălzit termometrul va măsura o temperatură în apă care este diferită de temperatura aerului, chiar dacă apa și aerul sunt la aceeași temperatură. Măsoară și transferul de căldură?

Skyler

Practic, transferul de căldură este ceea ce măsoară corpul tău. Acest videoclip dă cu adevărat un cui în capul ceea ce vă interesează.

Corpul nostru simte fluxul de căldură de la o sursă la chiuvetă. Când viteza de transmisie este mai mare, obiectul se simte mai rece/mai fierbinte. Obiectele aclimatizate la temperatura camerei se vor simți mai calde sau mai reci, în funcție de conductibilitatea lor termică. Te poți gândi la temperatură ca la o măsură absolută.

Cu cât diferența de temperatură este mai mare, cu atât subiectul se va simți mai cald sau mai rece. Dar conductivitatea termică servește ca factor, dacă vrei. Un obiect de 70 de grade care aspiră același flux de energie prin vârfurile degetelor ca un obiect de 30 de grade ar avea o conductivitate termică mai mare. Aceasta înseamnă că delta H va fi aceeași pentru ambele obiecte, chiar dacă T este diferit și delta T.

Nu măsurăm T sau schimbăm T, ci schimbăm doar căldura.

dmckee ♦

Răspunsurile care există doar pentru a oferi un pointer către o resursă terță parte sunt identificate ca nerăspunzând. Ceea ce ați făcut aici este puțin mai bun decât asta, deoarece ați oferit o frază pentru a rezuma situațiile, dar este puțin probabil ca majoritatea utilizatorilor Stack Exchange să obțină note foarte mari pentru un astfel de răspuns. Physics SE se străduiește să fie un depozit de răspunsuri de calitate la întrebări de calitate, nu o fermă de legături.

Skyler

Nu am crezut că explicația mea ar fi mai bună decât videoclipul la îndemână, dar o voi include oricum.

a zburat

Acest lucru este mai complicat decât fizica transferului de căldură. Senzațiile noastre tactile sunt destul de ciudate.

Un exemplu ar fi că oamenii pot experimenta „rece” și „rece” afectează alte gusturi.

Nu există suficiente cercetări asupra proceselor. La mulți receptori din piele, aveți mai mulți care sunt legați de temperatură.

Un tip de nociceptor, care este responsabil pentru stimulii „periculoși”, răspunde la temperaturi extreme.

Două tipuri de termoreceptori înregistrează diferența dintre apa caldă și cea rece. De asemenea, s-a demonstrat că receptorii de frig răspund la stimulii de încălzire... Ei sunt, de asemenea, localizați mai adânc în stratul dermic, sugerând că stimulii de încălzire ar trebui detectați mai întâi.

Există și bulbi de vițel care se consideră că au gust „rece”.

Termoreceptorii de pe limba ta pot afecta, de asemenea, gustul ceva în raport cu temperatura sa. Gustul este cu atât mai complex cu cât include cel puțin 3 senzații „separate” și faptul că unele substanțe chimice aromatizante au gust diferit la temperaturi diferite. Fructoza favorizează starea de fructopiranoză în comparație cu fructofuranoza la temperaturi mai scăzute și are un gust mai dulce decât alți îndulcitori obișnuiți.

Un termometru măsoară temperatura prin echilibru.

Am observat că oamenii menționează conductivitate, care este probabil cel mai bun mod de a explica acest lucru pentru o gamă mică de schimbări de temperatură. Odată ce ajungi la degrade mari sau la valori extreme, va depinde de mai mulți factori, inclusiv de care declanșează primul, al doilea, al treilea în general. Apoi trebuie să luați în considerare inhibiția laterală / temporală, stările de polarizare, potențialele gradate, porțile NT etc. În cele din urmă, trebuie să luați în considerare dacă vreunul dintre aceste semnale călătorește către creier și cum interpretează creierul toată mizeria amestecată...

Bruno Finger

Acest lucru are de-a face cu cât de repede materialul poate transfera energie. Există un nume pentru aceasta, conductivitatea termică.

Citat din Wikipedia:

Transferul de căldură are loc într-un ritm mai rapid prin materiale cu conductivitate termică ridicată decât prin materiale cu conductivitate termică scăzută. În consecință, materialele cu conductivitate termică ridicată sunt utilizate pe scară largă în radiatoarele, iar materialele cu conductivitate termică scăzută sunt folosite ca izolație termică. Conductivitatea termică a materialelor depinde de temperatură. Reciprocul conductivității termice se numește rezistență termică.

Iată câteva resurse pentru tine:

Ernesto

Acestea sunt documente legate de acest subiect. Efuzivitatea termică joacă un rol foarte important în tranzitorii, cum ar fi atingerea unui obiect pentru o perioadă foarte scurtă de timp:

E Marín Concepte de fizică termică: rolul efuziunii termice Profesor de fizică 44, 432-434 octombrie 2006

E. Marin Predarea fizicii termice prin atingere. Jurnalul Latin American de Educație Fizică 2, 1, 15-17 (2007)

Conductivitatea termică a metalului este mai mare decât cea a lemnului. Dacă metalul și lemnul sunt încălzite la aceeași temperatură, mai mare decât temperatura corpului nostru, atunci la contact, metalul va oferi corpului nostru mai multă căldură pe unitatea de timp decât lemnul. Și, de asemenea, dacă metalul și lemnul sunt mai reci decât corpul nostru. Evident, la temperatura corpului nostru, atât metalul, cât și lemnul se vor simți la fel de fierbinți la atingere.
Capacitatea căldurii de a se transfera de la un material la altul se numește conductivitate. Metalul este un bun conductor de căldură. Substanțele care se află în mediul înconjurător au aproximativ aceeași temperatură ca și mediul (bine, în funcție de natura substanței)
Prin urmare, dacă, de exemplu, iei în mână orice obiect metalic, atunci acest obiect îți va îndepărta în mod activ căldura mâinilor, vor fi transmise semnale către creier și ți se va părea că metalul este rece. Dar, de fapt, poți fi convins empiric de contrariul. Luând o monedă în mână și ținând-o în mână, atunci va înceta să mai fie frig, pentru că nu va mai putea lua căldura radiată de o persoană.

Capacitatea căldurii de a se transfera de la un material la altul se numește conductivitate. Metalul este un bun conductor de căldură, dar nemetalele - lemn și plastic - conduc slab căldura. Orice obiect metalic dintr-o cameră are aproximativ aceeași temperatură ca și aerul din jurul său. Dar corpul nostru are propriul „cuptor” intern, care asigură că temperatura sa este între 36 și 37 ° C. Dacă atingeți un obiect metalic care este înconjurat de aer mai rece decât corpul dvs., obiectul metalic va trage rapid căldură din degete. Prin urmare, degetele se simt reci. Această senzație ajunge la creierul tău, care o percepe ca un metal rece. (Dacă țineți în mână un obiect mic de metal, cum ar fi o monedă, suficient de mult, obiectul va absorbi suficientă căldură din corp și veți simți că este cald.) Reversul este, de asemenea, adevărat: dacă atingeți capota unei mașini, de exemplu stând într-o zi fierbinte la soare, metalul își va conduce căldura către degetele tale și vei simți că capota este fierbinte

Fiul meu pune întrebări care te pun pe gânduri. Recent, la una dintre plimbări, am auzit - „De ce o bucată de fier este mai rece decât un copac?” Într-adevăr, de ce? A trebuit să scotocesc pe internet și asta am reușit să găsesc.

Ce este transferul de căldură

Natura este astfel aranjată încât totul în ea se străduiește să echilibreze, în special temperatura. În condiții normale, conform legii de bază a termodinamicii, căldura dintr-un corp fierbinte va curge fără probleme către unul mai rece. Aceasta va continua până când temperatura ambelor corpuri va deveni aceeași. Toată vina este a moleculelor care se împing reciproc la contact. După cum știți, cu cât temperatura este mai mare, cu atât se mișcă mai intens, iar la contact, particulele unei substanțe „accelerează” moleculele alteia, în timp ce ele însele încetinesc. Deci, se dovedește că un obiect fierbinte se răcește, iar unul rece se încălzește și, de îndată ce viteza moleculelor este egală, aceasta va însemna că temperatura s-a stabilizat.

De ce metalele par reci

Când o persoană iese afară într-o zi geroasă, se trezește într-un mediu în care temperatura tuturor corpurilor este aceeași. Dacă atingeți orice bucată de fier, va părea rece, deoarece temperatura corpului este mult mai mare - 36,6 ° C. Se dovedește că corpul trebuie să încălzească metalul până când acesta se încălzește la temperatura sa. Dar de ce fierul atrage căldura mai rapid decât lemnul? Totul ține de conductibilitatea termică, care este diferită pentru fiecare material. Este exprimat în unități speciale - W / (m · K) - watt pe metru Kelvin. Aceasta este o expresie a căldurii care trece pe unitatea de timp printr-o unitate de suprafață a unui material omogen. De exemplu:

• pentru fier - 70-75 W / (m · K);
• pentru stejar - 0,22 W / (m K);
• lângă o piatră - 1,5 W / (m · K).

Metalele au o mulțime de electroni liberi, care, primind o oarecare căldură, sunt accelerați, atingând astfel particulele învecinate, ceea ce înseamnă că încălzesc materialul. Lemnul nu are particule libere, așa că numai moleculele de suprafață primesc căldură, transferând-o treptat adânc în lemn. Acesta este motivul pentru care fierul pare atât de rece.

De ce fierul pare mai rece? - articol

De ce fierul pare mai rece?

Natura este concepută în așa fel încât aproape totul se străduiește la echilibru. Acest lucru este valabil și pentru temperatură. Dacă nu interveniți, atunci de la obiectele fierbinți, căldura va curge către cele reci și aceasta va continua până când temperaturile lor devin aceleași. Știm că căldura nu este un fel de lichid care să curgă, doar așa spune. De fapt, nu căldura este cea care curge, ci moleculele se împing unele pe altele. Într-un obiect fierbinte, moleculele sunt rapide, așa că împing mai tare. Din șocurile moleculelor rapide, moleculele unui obiect rece încep să se miște mai vesel, iar moleculele rapide încetinesc treptat. Prin urmare, un obiect rece se încălzește și unul fierbinte se răcește. Dar după un timp, moleculele din ambele obiecte se vor mișca aproximativ în același mod și se vor împinge unele pe altele cu forță egală. Aceasta înseamnă că temperaturile au devenit egale, iar echilibrul termic a ajuns.

Când ieși afară într-o zi geroasă, atunci echilibrul termic (sau mai bine zis: echilibru rece?) a fost deja stabilit: toate obiectele de pe stradă au aceeași temperatură, toate sunt la fel de reci. Dacă iei un termometru și măsori temperatura aerului, temperatura zăpezii, temperatura gardului și leagănul din curte, vei vedea că este la fel pentru toată lumea. Există un echilibru complet în natură. Dar dacă atingeți diferite obiecte cu mâna goală, atunci începeți imediat să vă îndoiți că au aceeași temperatură. Iarna, fierul de pe stradă este mult mai rece la atingere decât lemnul. Deci, poate au temperaturi diferite, deși o bucată de lemn stă lângă o bucată de fier? Dar echilibrul termic?

Adevărul este că de îndată ce iei o bucată de fier în mâini, stricați astfel echilibrul... La urma urmei, fiecare persoană are un mecanism termic în interior, îl încălzește în mod regulat până la o temperatură de treizeci și șase de grade. Și încă șase zecimi. Și de îndată ce iei fierul cu mâna goală, atunci trebuie să încălzească și această bucată de fier. Și dacă iei o scândură de lemn, trebuie să încălziți placa. Pentru că dacă nu sunt încălzite, mâna se va răci în curând, ceea ce este rău. Mecanismul nostru termic face tot posibilul pentru a menține temperatura din interior constantă, independent de orice.

Diferența este că fierul elimină căldura într-un ritm mai rapid decât lemnul. Prin urmare, pare mai rece. Ideea este că fierul este un metal. Principala proprietate a metalelor, care le deosebește de toate celelalte substanțe, este că au mulți electroni liberi în interior. Și electronii sunt particule foarte mici și ușoare. Moleculele sunt de mii de ori mai grele. Imaginează-ți o moleculă uriașă a mâinii tale fierbinți lovind un mic electronic. Dintr-o astfel de lovitură, electronul va zbura cu mare viteză. Există chiar și o astfel de comparație, foarte potrivită pentru acest caz: zboară ca opărită. Zboară în adâncurile metalului, pe drum, atingând atomii și, bineînțeles, scuturându-i. Și dacă se leagănă înseamnă că se încălzește. Din astfel de electroni „opăriți”, metalul se încălzește foarte repede.

Situația cu copacul este destul de diferită. Nu există electroni liberi. Toți sunt legați de locurile lor. Moleculele din mâna ta împing moleculele copacului în afară. Aceste molecule se balansează treptat din ce în ce mai puternic și încep să-și împingă vecinii, care se află puțin mai adânc. Aceștia, balansându-se, împing și mai adânc vecinii. etc. Aceasta este o afacere pe îndelete. Căldura pătrunde în lemn foarte încet, ceea ce înseamnă că și mâna se răcește lent, astfel încât mecanismul tău termic nu trebuie să se încordeze prea mult. Nu e așa cu fierul. De îndată ce și-a încălzit mâna, electronii au „dus” deja toată căldura. Trebuie încălzit din nou. Acesta este motivul pentru care fierul pare mai rece. Dar dacă o bucată de fier este mică, atunci se va încălzi rapid în palmă, iar mecanismul termic va răsufla ușurat: mâna a încetat să se mai răcească și puteți face o pauză.

Antonina Lukyanova

Cu toții am observat de mai multe ori că, chiar și într-o cameră caldă, obiectele metalice sunt încă reci la atingere. De ce se întâmplă? De ce metalul nu se încălzește de la sine?

Metal volatil

Să începem cu faptul că obiectele metalice nu sunt întotdeauna reci. Amintiți-vă cum o lingură de metal devine în apă fierbinte. De exemplu, dacă puneți o lingură de lemn în apă clocotită, aceasta se va încălzi. Dar o lingură de metal care a fost în apă clocotită se va încălzi mult mai mult. Dacă îl manipulezi cu nepăsare, te poți opări chiar și lăsând tacâmurile metalice într-o oală sau tigaie fierbinți.

Împărtășește căldură

Secretul constă în conductivitatea termică - capacitatea unui corp de a transfera căldură către alt corp, de la părțile mai calde la cele mai puțin încălzite.

Diferite obiecte au o conductivitate termică diferită. Este extrem de bogat în metal. În practică, acest lucru poate fi confirmat prin simpla atingere a unui obiect metalic.

Luați în mână orice obiect metalic, de exemplu, aceeași lingură (care nu a fost în apă clocotită!) Sau chei metalice. Temperatura normală a corpului nostru este de 36,6 ° C. Când atingem un obiect mai puțin fierbinte decât corpul nostru, noi înșine începem să îi transferăm căldură. Temperatura de suprafață a pielii devine mai scăzută și simțim răceala obiectului.

Citeste mai mult:

O conductivitate termică atât de diferită

Căldura corpului nostru începe să încălzească stratul superior al unui obiect rece. Dacă obiectul are o conductivitate termică ridicată (cum ar fi lingura sau cheile noastre de metal), atunci energia începe să se răspândească rapid în întregul obiect. Temperatura nu crește mult, transferul de căldură continuă. Cu toate acestea, articolul este încă rece.

Dacă obiectul are o conductivitate termică scăzută (de exemplu, cum ar fi lingura noastră de lemn), atunci straturile superioare se încălzesc mult mai repede. Adesea, încălzirea are loc instantaneu și nici măcar nu avem timp să observăm că obiectul a fost rece. Când căldura este transferată, transferul de căldură practic se oprește. Subiectul a devenit cald.

Ce se întâmplă cu corpurile fierbinți?

În obiectele fierbinți, procesele decurg într-o ordine diferită. Conductivitatea termică a corpurilor metalice este ridicată datorită electronilor liberi, care sunt responsabili pentru conductibilitatea electrică metalică. Electronii din corpurile metalice se mișcă rapid pe tot volumul, transferând căldură către toate părțile obiectului.