De ce fierul pare mai rece? De ce metalul este rece? De ce metalul pare mai rece?

Metal schimbător

Să începem cu faptul că obiectele metalice nu sunt întotdeauna reci. Amintiți-vă ce devine o lingură de metal 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 este manevrat cu neatenție, poți chiar să te opărești uitând tacâmurile metalice într-o oală sau tigaie fierbinți.

Împărtășiți căldura

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

Diferite obiecte au conductivitati termice diferite. Pentru metal este extrem de mare. 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 care este 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.

Citeşte mai mult:

Conductivități termice atât de diferite

Căldura corpului nostru începe să încălzească stratul superior al unui obiect rece. Dacă un obiect are o conductivitate termică ridicată (cum ar fi lingurile sau cheile noastre de metal), atunci energia începe să se răspândească rapid în întregul obiect. Temperatura crește ușor, transferul de căldură continuă. Cu toate acestea, obiectul rămâne 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. Odată ce căldura este transferată, transferul de căldură practic se oprește. Obiectul a devenit cald.

Ce se întâmplă cu corpurile fierbinți?

În obiectele fierbinți, procesele au loc într-o ordine diferită. Conductivitatea termică a corpurilor metalice este ridicată datorită electronilor liberi responsabili de conductivitatea electrică metalică. Electronii din corpurile metalice se mișcă rapid pe întregul volum, transferând căldură către toate părțile obiectului.

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 transmite mai multă căldură corpului nostru 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 muta 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 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 din mâini, semnalele vor fi transmise creierului și ți se va părea că metalul este rece. Dar, de fapt, puteți verifica opusul experimental. Luând o monedă în mână și ținând-o în mână, va înceta să mai fie frig, pentru că nu va mai putea lua căldura emisă de o persoană.

Capacitatea căldurii de a se muta de la un material la altul se numește conductivitate. Metalul este un bun conductor de căldură, dar nemetalele - lemnul și plasticul - sunt conductoare slabe de căldură. Orice obiect metalic dintr-o cameră are aproximativ aceeași temperatură ca și aerul din jurul său. Dar corpul nostru are propria „sobă” internă, 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., acel obiect metalic va trage rapid căldura de la degete. De aceea, degetele îți sunt reci. Această senzație ajunge la creierul tău, care o percepe ca metalul fiind rece. (Dacă țineți în mână un obiect mic de metal, cum ar fi o monedă, suficient de mult, obiectul va absorbi suficientă căldură corporală încât să-l simți cald.) Reversul este, de asemenea, adevărat: dacă atingi, de exemplu, gluga a unei mașini, care stând la soare într-o zi fierbinte, metalul își va conduce căldura către degetele tale și vei simți că capota este fierbinte

Niccolò M.

De ce metalul rece pare mai rece decât aerul rece?

(Îmi cer scuze pentru această întrebare de bază. 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 (în frigider) au 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 "aaa!" ceea ce simt când ating oala.

De ce? De ce metalul pare mai rece decât aerul, deși ambele sunt la aceeași temperatură?

(Știu că un gaz conține mai puține particule pe unitatea de volum în comparație cu solide și lichide, dar din moment ce „temperatura” înseamnă „energie cinetică medie”), se așteaptă că mai puține particule de aer să-mi lovească mâna la o viteză care va compensa numărul lor mai mic. , dreapta?)

Intrebare legata, pentru clarificare:

Dacă folosesc un termometru pentru a măsura temperatura oalei și a aerului (presupunând că este un termometru cu un senzor care poate atinge obiecte), va afișa aceeași citire pentru ambele? Dacă da, ce diferențiază un termometru de mâna mea? Adică, mâna mea este un fel de termometru, așa că de ce s-ar rupe în timp ce un termometru non-uman ar funcționa?

SjonTeflon

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

Eric Lippert

Mă întreb ce mâna ta Nu este un termometru; Un termometru măsoară cantitatea medie de energie termică care se află într-un obiect, dar aceasta nu este ceea ce măsori cu mâna. „Senzația de frig” sau „senzația de căldură” din mâna ta măsoară de fapt cum rapid energia se mișcă între mâna ta și obiect, nu energia medie dintr-un obiect .

daviewales

@SWeer, am făcut clic în mod special pe această întrebare 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 unui bloc metalic (sau tigaie sau lame) cu temperatura unui bloc de spumă, ca la temperatura camerei. Un bloc de metal se va simți mai rece, în timp ce un bloc de spumă se va simți chiar mai rece mai cald, decât aerul din jurul lui, deoarece este un izolator atât de bun (adică un conductor termic slab).

Wossname

Mâna și termometrul nu măsoară temperatura de la sine? Nu-i așa că termometrul reacționează mai repede pentru că este din metal?

Răspunsuri

Frederick Brunner

Răspuns scurt:

Termometrul măsoară temperatura reală (care este aceeași pentru ambele) și mâna ta măsoară transmitere 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 din mediul cu temperatură mai ridicată în mediul cu temperatură mai joasă. Rata cu care se întâmplă acest lucru este determinată de un parametru numit conductivitate termică. Metalele tind să fie buni conductori 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 un material ca fiind rece sau nu, chiar dacă temperatura este aceeași.

Pentru referință, iată un tabel care enumeră 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!

Yan Lalinsky

@Danu, cred că receptorii chiar răspund la temperatură receptori, deoarece temperatura este unul dintre factorii determinanți în viteza și intensitatea proceselor biologice. Când atingeți metal, temperatura receptorilor scade rapid. Când atingeți aerul, corpul dumneavoastră este capabil să reziste pierderilor de căldură, astfel încât receptorii să rămână aproape de temperatura lor naturală.

Peter Stock

Nu sunt de acord cu ideea că pielea ta poate măsura transferul de căldură. Poate măsura doar temperatura sau, mai precis, temperatura suprafeței corpului pe care o 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 rece de oțel (difuzivitate termică mare), transferați și căldură, dar căldura este transferată rapid în metal 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 acest lucru în mod direct.

Frederick Brunner

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

Peter Stock

@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 schimbarea temperaturii. Încălzit un termometru va măsura o temperatură diferită în apă decât cea a aerului, chiar dacă apa și aerul au aceeași temperatură. Acesta măsoară și transferul de căldură?

Skyler

În esență, transferul de căldură este ceea ce măsoară corpul tău. Acest videoclip lovește cu adevărat în cuiul a 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 cald. Obiectele aclimatizate la temperatura camerei se vor simți mai calde sau mai reci, în funcție de conductibilitatea termică. Te poți gândi la temperatură ca la o măsură absolută.

Cu cât diferența de temperatură este mai mare, cu atât obiectul se va simți mai cald sau mai rece. Dar conductivitatea termică servește ca multiplicator, dacă vrei. Un obiect la 70 de grade care aspiră același flux de energie prin vârful degetelor ca un obiect la 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 este diferit.

Nu măsurăm T sau schimbăm T, schimbăm doar căldura.

dmckee♦

Răspunsurile care există doar pentru a oferi un pointer către o resursă terță parte sunt definite ca non-răspunsuri. Ceea ce ați făcut aici este puțin mai bun decât atât, deoarece ați sugerat o frază care rezumă situațiile, dar majoritatea utilizatorilor Stack Exchange nu sunt probabil să evalueze acest răspuns foarte bine. Physics SE se străduiește să fie un depozit de răspunsuri de calitate la întrebări de calitate, nu o fermă de legături.

Skyler

Nu credeam că explicația mea ar fi mai bună decât videoclipul de față, 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.

Există o lipsă de cercetare asupra proceselor. În numeroșii receptori de pe piele, aveți câțiva care sunt legați de temperatură.

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

Două tipuri de termoreceptori detectează 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, despre care se crede că au gust „rece”.

Termoreceptorii de pe limba ta pot influența, de asemenea, felul în care gustul ceva în raport cu temperatura sa. Aromă este cu atât mai complexă cu cât implică cel puțin 3 senzații „separate” și faptul că unele substanțe chimice aromatice au gust diferit la temperaturi diferite. Fructoza favorizează starea de fructopiranoză față de fructofuranoză la temperaturi mai scăzute și are un gust mai dulce decât alți îndulcitori obișnuiți.

Termometrul măsoară temperatura prin echilibru.

Am observat că oamenii menționează conductivitate, care este probabil cea mai bună modalitate de a o explica pentru o gamă mică de schimbări de temperatură. Odată ce ajungeți la gradienți mari sau la valori extreme, va depinde de mai mulți factori, inclusiv care declanșează primul, al doilea, al treilea. 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 se propagă la creier și modul în care creierul interpretează toată mizeria amestecată...

Bruno Finger

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

Citat din Wikipedia:

Transferul de căldură are loc cu o viteză mai mare 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 utilizate 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 procesele tranzitorii, cum ar fi atingerea unui obiect pentru o perioadă foarte scurtă de timp:

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

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

Fiul meu pune întrebări care te pun pe gânduri. Recent, la una dintre plimbările mele, am auzit: „De ce fierul este mai rece decât lemnul?” Chiar asa, de ce? A trebuit să fac niște săpături pe internet și asta am găsit.

Ce este transferul de căldură

Natura este concepută în așa fel încât totul în ea se străduiește pentru echilibru, 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. Acest lucru va continua până când temperatura ambelor corpuri devine aceeași. Moleculele care se împing reciproc la contact sunt de vină pentru tot. După cum știți, cu cât temperatura este mai mare, cu atât se mișcă mai intens și, la contact, particulele unei substanțe „accelerează” moleculele alteia, în timp ce ele însele încetinesc. Deci, se dovedește că un obiect fierbinte se răcește, iar un obiect rece se încălzește și, de îndată ce viteza moleculelor se egalează, 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 își atinge temperatura. Dar de ce fierul atrage căldura mai rapid decât lemnul? Totul ține de conductibilitatea termică, care este diferită pentru fiecare material. Se exprimă 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 dintr-un material omogen. De exemplu:

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

Metalele au mulți electroni liberi, care, primind o oarecare căldură, accelerează, lovind astfel particulele învecinate și, prin urmare, încălzind materialul. Lemnul nu are particule libere, așa că numai moleculele de suprafață primesc căldură, transferând-o treptat adânc în lemn. De aceea 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 căldura va curge de la obiectele fierbinți la cele reci și acest lucru se va întâmpla până când temperaturile lor devin aceleași. Știm că căldura nu este un fel de lichid care să curgă, se spune doar așa. De fapt, nu căldura este cea care curge, ci mai degrabă moleculele care se împing unele pe altele. Într-un obiect fierbinte, moleculele sunt rapide, așa că împing mai tare. Din împingerea 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 un obiect fierbinte se răcește. Dar după ceva timp, moleculele din ambele obiecte se vor mișca aproximativ la fel și se vor împinge unele pe altele cu forță egală. Aceasta înseamnă că temperaturile au devenit egale și a ajuns la echilibrul termic.

Când ieși afară într-o zi geroasă, echilibrul termic (sau ar trebui să spun: 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 atingi diferite obiecte cu mâna goală, începi imediat să te îndoiești că au aceeași temperatură. Iarna, fierul de călcat afară este mult mai rece la atingere decât lemnul. Deci, poate că au temperaturi diferite, deși o bucată de lemn se află lângă o bucată de fier? Dar echilibrul termic?

Adevărul este că de îndată ce ridicați o bucată de fier, deranjați astfel echilibrul. La urma urmei, fiecare persoană are un mecanism termic în interior, îl încălzește în mod regulat la o temperatură de treizeci și șase de grade. Și încă șase zecimi. Și de îndată ce iei fierul de călcat cu mâna goală, trebuie să încălzească și această bucată de fier. Și dacă iei o scândură de lemn, trebuie să încălziți placa. Pentru că dacă nu le încălzești, mâna ta se va răci în curând și asta e 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. De aceea pare mai frig. Cert 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 decât ele. Imaginează-ți cum o moleculă uriașă a mâinii tale fierbinți lovește un electron mic. Dintr-o astfel de lovitură, electronul va zbura cu o viteză enormă. Există chiar și o comparație care este foarte potrivită pentru acest caz: zboară de parcă ar fi opărit. Zboară în adâncurile metalului, atingând atomii de-a lungul drumului și, bineînțeles, legănându-i. Și din moment ce se leagănește, înseamnă că se încălzește. Acești electroni „opăriți” fac ca metalul să se încălzească foarte repede.

Situația este complet diferită cu lemnul. Nu există electroni liberi. Toți sunt legați de locurile lor. Moleculele mâinii tale împing moleculele copacului care sunt afară. Aceste molecule se balansează treptat din ce în ce mai mult și încep să-și împingă vecinii, care se află puțin mai adânc. Ei, legănându-se, își împing vecinii și mai adânci. Și așa mai departe. Aceasta este o chestiune pe îndelete. Căldura pătrunde foarte lent în lemn, ceea ce înseamnă că mâna ta se răcește și ea încet, astfel încât mecanismul tău termic nu trebuie să lucreze foarte greu. Cu fierul totul este complet diferit. De îndată ce mi-am încălzit mâna, electronii deja „duseseră” toată căldura. Trebuie să-l încălzești din nou. Tocmai de aceea fierul pare mai rece. Dar dacă bucata de fier este mică, atunci se va încălzi rapid în palmă, iar mecanismul termic va răsufla ușurat: mâna ta a încetat să se mai răcească și poți lua o pauză.

Antonina Lukyanova