Metaller neden dokunulduğunda soğuktur? Demir neden daha soğuk görünür? Metal neden daha soğuk hissettirir?
Sıcak bir odada bile metal nesnelerin dokunulamayacak kadar soğuk olduğunu hepimiz birden fazla kez fark etmişizdir. Bu neden oluyor? Metal neden kendi kendine ısınmaz?değiştirilebilir metal
Metal nesnelerin her zaman soğuk olmadığı gerçeğiyle başlayalım. Metal bir kaşığın sıcak suda ne hale geldiğini hatırlayın. Örneğin kaynayan suya tahta kaşık koyarsanız ısınır. Ancak kaynayan suya atılan metal kaşık çok daha fazla ısınır. Dikkatsiz kullanımla, metal çatal bıçak takımını güveçte veya tavada unutarak kendinizi haşlayabilirsiniz.
Sıcaklığı paylaşın
Sır, termal iletkenlikte yatmaktadır - bir vücudun ısıyı daha sıcak kısımlardan daha az sıcak olanlara kadar başka bir cisme aktarma yeteneği.
Farklı nesnelerin farklı termal iletkenlikleri vardır. Metal son derece yüksektir. Uygulamada, bu sadece metal bir nesneye dokunarak doğrulanabilir.
Elinize herhangi bir metal nesne alın, örneğin aynı kaşık (kaynar suya girmemiş!) Veya metal anahtarlar. Vücudumuzun normal sıcaklığı 36.6°C'dir. Vücudumuzdan daha az sıcak olan bir nesneye dokunduğumuzda, ona kendimiz ısı aktarmaya başlarız. Cildin yüzey sıcaklığı düşer ve nesnenin soğukluğunu hissederiz.
Devamını oku:
Böyle farklı termal iletkenlik
Vücut ısımız soğuk cismin üst tabakasını ısıtmaya başlar. Nesnenin ısıl iletkenliği yüksekse (metal kaşık veya anahtarlarımız gibi), o zaman enerji nesne boyunca hızla yayılmaya başlar. Sıcaklık biraz yükselir, ısı transferi devam eder. Ancak nesne hala soğuktur.
Nesnenin ısı iletkenliği düşükse (örneğin tahta kaşığımız gibi), üst katmanlar çok daha hızlı ısınır. Genellikle ısınma anında gerçekleşir ve nesnenin soğuk olduğunu fark edecek vaktimiz bile olmaz. Isı transfer edildiğinde, ısı transferi fiilen durur. Nesne ısındı.
Sıcak bedenlere ne olur?
Sıcak cisimlerde ise işlemler farklı bir sıra ile ilerler. Metalik elektriksel iletkenlikten sorumlu serbest elektronlar nedeniyle metalik cisimlerin termal iletkenliği yüksektir. Metalik cisimlerdeki elektronlar, hacim boyunca hızla hareket ederek, nesnenin tüm bölümlerine ısı aktarır.
Metalin termal iletkenliği ahşabınkinden daha fazladır. Metal ve ahşap aynı sıcaklığa, vücudumuzun sıcaklığından daha yüksek bir sıcaklığa ısıtılırsa, temas ettiğinde metal vücudumuza birim zamanda ahşaptan daha fazla ısı verir. Ayrıca metal ve ahşap vücudumuzdan daha soğuksa. Açıkçası, vücudumuzun sıcaklığında, hem metal hem de ahşap eşit derecede ısınır.
Isının bir malzemeden diğerine geçme yeteneğine iletim denir. Metal iyi bir ısı iletkenidir. Ortamda bulunan maddeler, ortamla yaklaşık olarak aynı sıcaklığa sahiptir (iyi, maddenin doğasına bağlı olarak)
Bu nedenle, örneğin herhangi bir metal nesneyi elinize alırsanız, bu nesne aktif olarak ellerinizdeki ısıyı alacak, beyne sinyaller iletilecek ve size metal soğukmuş gibi görünecektir. Ama aslında, bunun tersini ampirik olarak doğrulayabilirsiniz. Elinize bir madeni para alıp elinizde tutarak artık soğuk olmayacak çünkü artık bir kişinin yaydığı ısıyı alamayacaktır.
Isının bir malzemeden diğerine geçme yeteneğine iletim denir. Metal iyi bir ısı iletkenidir, metal olmayanlar - ahşap ve plastik - ısıyı iyi iletmez. Odadaki herhangi bir metal nesne, onu çevreleyen hava ile yaklaşık olarak aynı sıcaklığa sahiptir. Ancak vücudumuzun, sıcaklığının 36 ila 37 ° C arasında olmasını sağlayan kendi iç "sobası" vardır. Vücudunuzdan daha soğuk olan havayla çevrili metal bir nesneye dokunursanız, o metal nesne parmaklarınızdan hızla ısı alır. Bu nedenle parmaklar üşür. Bu his, onu soğuk metal olarak algılayan beyninize gider. ( Madeni para gibi küçük metal bir nesneyi elinizde yeterince uzun süre tutarsanız, nesne vücut ısınızı sizi sıcak hissettirecek kadar emecektir.) Tersi de doğrudur: Örneğin, elinize dokunursanız Sıcak bir günde güneşin altında duran bir arabanın kaportası, metal ısısını parmaklarınıza iletecek ve kaputun sıcak olduğunu hissedeceksiniz.
Demir neden daha soğuk görünür? - madde
Demir neden daha soğuk görünür?
Doğa, neredeyse her şeyin denge için çabalayacağı şekilde düzenlenmiştir. Bu aynı zamanda sıcaklık için de geçerlidir. Müdahale etmezseniz, sıcak cisimlerden soğuk cisimlere ısı akacak ve bu, sıcaklıkları aynı olana kadar devam edecektir. Biliyoruz ki ısı akacak bir sıvı değil, sadece dedikleri gibi. Aslında ısı akmaz ama moleküller birbirini iter. Sıcak bir nesnede moleküller hızlıdır, bu nedenle daha fazla iterler. Hızlı moleküllerin itmesinden, soğuk bir cismin molekülleri daha neşeli hareket etmeye başlar ve hızlı moleküller yavaş yavaş yavaşlar. Bu nedenle, soğuk bir cisim ısıtılır ve sıcak bir cisim soğutulur. Ancak bir süre sonra her iki nesnedeki moleküller yaklaşık olarak aynı şekilde hareket etmeye başlayacak ve birbirlerini eşit kuvvetle iteceklerdir. Bu, sıcaklıkların eşitlendiği, termal dengenin geldiği anlamına gelir.
Buzlu bir günde dışarı çıktığınızda, orada termal denge (ya da daha iyisi, soğuk denge?) zaten kurulmuştur: Sokaktaki tüm nesnelerin sıcaklığı aynıdır, hepsi eşit derecede soğuktur. Elinize bir termometre alıp havanın sıcaklığını, karın sıcaklığını, çitin sıcaklığını ve bahçedeki salıncağın sıcaklığını ölçerseniz bunun herkes için aynı olduğunu görürsünüz. Doğa mükemmel bir denge içindedir. Ancak farklı nesnelere çıplak elinizle dokunursanız, hemen aynı sıcaklığa sahip olduklarından şüphe etmeye başlarsınız. Kışın, dışarıdaki demir, dokunulduğunda ahşaptan çok daha soğuk gelir. Öyleyse, bir demir parçasının yanında bir tahta parçası olmasına rağmen, belki farklı sıcaklıklara sahipler? Peki ya termal denge?
Gerçek şu ki elinize bir parça demir alır almaz dengeyi bozarsınız. Sonuçta, her insanın içinde bir termal mekanizma vardır, onu düzenli olarak otuz altı dereceye kadar ısıtır. Ve başka bir onda altı. Ve çıplak elinizle demiri alır almaz, bu demir parçasını da ısıtmak zorundadır. Ve tahta bir tahta alırsanız, tahtayı ısıtmanız gerekir. Çünkü ısıtılmazlarsa el kısa sürede soğur ve bu kötüdür. Termal mekanizmamız, içerideki sıcaklığı her şeyden bağımsız olarak sabit tutmak için elinden gelenin en iyisini yapar.
Aradaki fark, demirin ısıyı tahtadan daha hızlı emmesidir. Bu yüzden daha soğuk görünüyor. Mesele şu ki, demir bir metaldir. Metalleri diğer tüm maddelerden ayıran temel özelliği, içinde çok sayıda serbest elektron bulundurmalarıdır. Elektronlar çok küçük ve hafif parçacıklardır. Moleküller onlardan binlerce kat daha ağırdır. Sıcak elinizin iri molekülünün küçük bir elektroniğe nasıl çarptığını hayal edin. Böyle bir çarpışmadan elektron büyük bir hızla uçacaktır. Bu durum için çok uygun bir karşılaştırma bile var: haşlanmış gibi uçuyor. Yolda atomlara dokunarak ve tabii ki onları sallayarak kendini metalin derinliklerine uçurur. Ve bir kez sallandığında, ısındığı anlamına gelir. Bu tür "haşlanmış" elektronlardan metal çok çabuk ısınır.
Bir ağaçta durum oldukça farklıdır. Serbest elektron yoktur. Hepsi yerlerine bağlı. Elinizin molekülleri ahşabın dışarıdaki moleküllerini itiyor. Bu moleküller giderek daha fazla sallanır ve biraz daha derine inen komşularını itmeye başlarlar. Sallananlar, komşuları daha da derine iterler. Ve benzeri. Bu yavaş bir iş. Isı ahşaba çok yavaş nüfuz eder, bu da elin de yavaşça soğuması anlamına gelir, bu nedenle ısıl mekanizmanızın fazla gerilmesi gerekmez. Demir ile durum hiç de öyle değil. Elini ısıtır ısıtmaz, elektronlar zaten tüm ısıyı "taşımıştı". Tekrar ısıtmanız gerekiyor. Bu yüzden demir daha soğuk görünür. Ancak bir demir parçası küçükse, avucunuzda hızla ısınır ve termal mekanizma rahat bir nefes alır: elin soğuması durdu ve ara verebilirsiniz.
Antonina Lukyanova
Niccolo M.
Soğuk metal neden soğuk havadan daha soğuk hissettirir?
(Bu temel soru için özür dilerim. Fizik hakkında fazla bir şey bilmiyorum.)
Metal bir tencereyi buzdolabına birkaç saat koydum diyelim.
Bu noktada, tencere ve havanın (buzdolabındaki) aynı sıcaklıkta olduğunu düşünüyorum.
Şimdi bu tencereye dokunuyorum. Burası çok soğuk. Ama havaya (yani buzdolabının içine) "dokunduğumda" ne kadar soğuk olduğunu "hissetmiyor". Aynı "ah!" hissetmiyorum. lazımlığa dokunduğumda hissettiğim şey.
Neden? İkisi de aynı sıcaklıkta olduğu halde metal neden havadan daha soğuk görünür?
(Bir gazın birim hacim başına katılardan ve sıvılardan daha az parçacığı olduğunu biliyorum, ancak "sıcaklık" "ortalama kinetik enerji" anlamına geldiğinden), daha az hava parçacığının, küçük sayılarını telafi edecek bir hızda elime çarpması bekleniyor. Sağ?)
Açıklama için ilgili soru:
Tencere ve hava sıcaklıklarını ölçmek için bir termometre kullanırsam (nesnelere dokunabilen sensörlü bir termometre olduğunu varsayalım), her ikisi için de aynı okumayı gösterecek mi? Eğer öyleyse, termometreyi elimden farklı kılan nedir? Yani elim bir çeşit termometre, insan olmayan bir termometre çalışırken neden kırılsın ki?
Sjon Teflon
Veritasium'un kek kalıbını pastanın kendisine, bir kitaba ve metal bir nesneye benzettiği bunun düzgün bir videosu var. Sonra sokaktaki farklı insanlara ne düşündüklerini sorar. youtube.com/watch?v=hNGJ0WHXMyE
Eric Lippert
elin ne merak ettim Olumsuz bir termometredir; termometre, bir nesnedeki ortalama ısı enerjisi miktarını ölçer, ancak bu, elinizle ölçebileceğiniz bir şey değildir. Elinizdeki "soğukluk hissi" veya "sıcaklık hissi" aslında hızlı enerji eliniz ile bir nesne arasında hareket eder, nesnedeki ortalama enerji .
küçük resim
@SWeer, bu videoyu Veritasium'a bağlamak için özellikle bu soruya tıkladım.
Dubu
Veritasium videosunun gösterdiği gibi, bu etki için buzdolabına ihtiyacınız yok. Bir metal bloğun (veya tava veya bıçağın) algılanan sıcaklığını, oda sıcaklığında olduğu gibi, bir Strafor bloğununkiyle karşılaştırın. Bir metal blok daha soğuk hissedilirken, bir Strafor blok daha soğuk hissedebilir. daha sıcakçünkü çok iyi bir yalıtkandır (yani zayıf bir ısı iletkenidir).
Wossname
El ve termometre sıcaklığı kendi kendine ölçmüyor mu? Termometre metalden yapıldığı için daha hızlı tepki vermiyor mu?
Yanıtlar
Frederick Brunner
Kısa cevap:
Termometre gerçek sıcaklığı (her ikisi için de aynıdır) ölçer ve eliniz ölçer Aktar bir kap için havadan daha yüksek olan enerji (ısı).
Uzun cevap:
Anahtar kelime: termal iletkenlik
Fark, termal iletkenlik adı verilen malzemeye özgü bir parametredir. Herhangi bir madde (gaz, sıvı, katı) ile temas halindeyseniz, bir enerji şekli olan ısı, daha yüksek sıcaklıktaki bir ortamdan daha düşük sıcaklıktaki bir ortama doğru akar. Bunun gerçekleşme hızı, termal iletkenlik adı verilen bir parametre tarafından belirlenir. Metaller genellikle ısıyı iyi iletirler, bu nedenle sıcaklık aynı olsa bile metal havadan daha soğuk görünür.
İkinci sorunuzla ilgili olarak: termometre aynı sıcaklığı gösterecektir. Tek fark, termal dengeye ulaşmak için geçen süredir, yani termometre doğru sıcaklığı gösterdiğinde.
Son bir not: Isı (enerji) vücudunuzdan atılma hızı, sıcaklık aynı olsa bile, malzemeyi soğuk olarak algılayıp algılamadığınızı belirler.
Başvuru için, birkaç malzeme için termal iletkenlikleri listeleyen bir tablo aşağıdadır:
Yaroslav Komar
Geceleri iki bileşen daha olduğunu ekleyeceğim - ortamın ısı kapasitesi ve ne kadar soğuk olduğunu etkileyebilecek yoğunluğu. Bu bazen termal yayılım açısından analiz edilir.
Dan
TL; Bu cevabın DR versiyonu: Cildimiz sıcaklığı değil, enerji transferini ölçer.
David Wilkins
Öyleyse güneşli bir yaz gününde kendimi çok sıcak hissedersem, gölgede gümüş renkli bir yatağa uzanmalı mıyım? Canım!
Jan Lalinsky
@Danu Bence reseptörler aslında sıcaklığa tepki veriyor alıcılar, çünkü sıcaklık, biyolojik süreçlerin hız ve yoğunluğunun belirleyici faktörlerinden biridir. Metale dokunduğunuzda alıcıların sıcaklığı hızla düşer. Havaya dokunduğunuzda, vücudunuz ısı kaybına karşı koyabilir, böylece alıcılar doğal sıcaklıklarına yakın kalır.
peter hisse senedi
Cildinizin ısı transferini ölçebileceği fikrine katılmıyorum. Sadece dokunduğunuz vücudun sıcaklığını, daha doğrusu yüzey sıcaklığını ölçebilir. Şimdi termal yayılma faktörü devreye giriyor: Soğuk bir tahta parçasına dokunduğunuzda (düşük termal yayılma), ısıyı ahşaba aktarırsınız, ahşabın sınır tabakası ısınır ve sıcak hissedilir. Öte yandan, soğuk bir çelik bloğa dokunursanız (yüksek termal yayılma), ısı da aktarırsınız, ancak ısı hızla metalin içine aktarılır ve böylece sınır tabakası soğuk kalır.
Aynı nedenle soğuk su, soğuk havadan daha soğuk görünür.
Aslında bu, daha yüksek ısı transferinden kaynaklanmaktadır, ancak cilt bunu doğrudan ölçmez.
Frederick Brunner
"Tedbirler"in "hızın bir fonksiyonu olarak ısı transferine az ya da çok aşırı tepki verme" olarak anlaşılması gerektiğini söyleyebilirim.
peter hisse senedi
@FredericBrünner "Ölçü"nün tanımı budur. Ve sistem (cilt veya teknik sensör) ısı akışına doğrudan yanıt veremez, yalnızca etkisine, yani sıcaklıktaki değişikliğe tepki verir. ısıtılmış Termometre, su ve hava aynı sıcaklıkta olsa bile, suda havadan farklı bir sıcaklık ölçecektir. Isı transferini de ölçüyor mu?
havacı
Özünde, ısı transferi vücudunuzun ölçtüğü şeydir. Bu video gerçekten ilginizi çeken şeylerin başında geliyor
Vücudumuz bir kaynaktan lavaboya ısı akışını hisseder. Baud hızı daha yüksek olduğunda, nesne daha soğuk/daha sıcak hissedilir. Oda sıcaklığına alıştırılan nesneler, termal iletkenliğe bağlı olarak daha sıcak veya daha soğuk hissedecektir. Sıcaklığı mutlak bir ölçü olarak düşünebilirsiniz.
Sıcaklık farkı ne kadar büyük olursa, nesne o kadar sıcak veya soğuk hissedilir. Ancak termal iletkenlik, isterseniz bir çarpan görevi görür. 30 derecelik bir nesne ile aynı enerji akışını parmak uçlarından emen 70 derecelik bir nesne, daha yüksek bir termal iletkenliğe sahip olacaktır. Bu, T ve delta T farklı olsa bile, delta H'nin her iki nesne için aynı olacağı anlamına gelir.
T'yi ölçmüyoruz veya T'yi değiştirmiyoruz, sadece ısıyı değiştiriyoruz.
dmckee ♦
Yalnızca üçüncü taraf bir kaynağa işaretçi sağlamak için var olan yanıtlar, yanıt vermeyenler olarak tanımlanır. Burada yaptığınız şey bundan biraz daha iyi çünkü durumları özetleyen bir cümle sağladınız, ancak çoğu Stack Exchange kullanıcısının böyle bir yanıtı çok yüksek bir şekilde derecelendirmesi pek mümkün değil. Physics SE, bir bağlantı çiftliği değil, kaliteli sorulara kaliteli yanıtlar deposu olmayı amaçlar.
havacı
Açıklamamın eldeki videodan daha iyi olacağını düşünmemiştim ama yine de ekleyeyim.
uçmak
Bu, ısı transferinin fiziğinden daha karmaşıktır. Dokunma duyumlarımız oldukça garip.
Bir örnek, insanların "soğuk" deneyimleyebilmesi ve "soğuk" un diğer tatları etkilemesidir.
Süreçlerle ilgili yeterli araştırma yoktur. Çok sayıda cilt reseptöründe, sıcaklıkla ilgili birkaç tane var.
"Tehlikeli" uyaranlardan sorumlu olan bir tür nosiseptör, aşırı sıcaklıklara tepki verir.
İki tip termoreseptör, sıcak ve soğuk su arasındaki farkı kaydeder. Soğuk reseptörlerin ayrıca ısınma uyaranlarına yanıt verdiği gösterilmiştir... Ayrıca dermal tabakanın daha derinlerinde bulunurlar, bu da önce ısınma uyaranlarının tespit edilmesi gerektiğini düşündürür.
Tadı "soğuk" olduğu düşünülen dana soğanları da vardır.
Dilinizdeki termoreseptörler, sıcaklığına bağlı olarak bir şeyin tadının nasıl olacağını da etkileyebilir. Tat, en az 3 "ayrı" duyumu içerdiğinden ve bazı aroma kimyasallarının farklı sıcaklıklarda farklı tatlar verdiği gerçeğinden dolayı daha da karmaşıktır. Fruktoz, düşük sıcaklıklarda fruktofuranoza göre fruktopiranoz durumunu tercih eder ve tadı diğer yaygın tatlandırıcılardan daha tatlıdır.
Termometre sıcaklığı denge yoluyla ölçer.
İnsanların iletkenlikten bahsettiğini fark ettim, bu muhtemelen onu küçük bir sıcaklık değişimi aralığı için açıklamanın en iyi yolu. Büyük yokuşlara veya uç noktalara ulaştığınızda, hangisinin birinci, ikinci, üçüncü tetiklediği de dahil olmak üzere çeşitli faktörlere bağlı olacaktır. Sonra yanal/zamansal ketlemeyi, kutuplaşma durumlarını, kademeli potansiyelleri, NT kapılarını vs. göz önünde bulundurmalısınız. Son olarak, bu sinyallerden herhangi birinin beyne yayılıp yayılmadığını ve beynin tüm bu karışıklığı nasıl yorumladığını düşünmelisiniz...
Bruno Parmak
Bu, bir malzemenin enerjiyi ne kadar hızlı aktarabileceği ile ilgilidir. Bunun bir adı var, termal iletkenlik.
Wikipedia'dan alıntı:
Isı transferi, ısıl iletkenliği yüksek olan malzemelerde, düşük ısıl iletkenliğe sahip olan malzemelere göre daha hızlı gerçekleşir. Buna göre ısıl iletkenliği yüksek olan malzemeler soğutucularda yaygın olarak, ısıl iletkenliği düşük olan malzemeler ise ısı yalıtımı olarak kullanılmaktadır. Malzemelerin termal iletkenliği sıcaklığa bağlıdır. Termal iletkenliğin tersi, termal direnç olarak adlandırılır.
İşte size bazı kaynaklar:
Ernesto
Bunlar, bu konuyla ilgili belgelerdir. Termal efüzyon, bir nesneye çok kısa bir süre dokunmak gibi geçişlerde çok önemli bir rol oynar:
E Marín Termal fizik kavramları: termal coşkulu Fizik öğretmeninin rolü 44, 432-434 Ekim 2006
E. Marin Termofiziğin dokunarak öğretilmesi. Latin American Journal of Physical Education 2, 1, 15-17 (2007)
Oğlum düşündüren sorular soruyor. Geçenlerde yürüyüşlerimden birinde şunu duydum: "Bir demir parçası neden tahtadan daha soğuktur?" Gerçekten, neden? İnternette araştırma yapmak zorunda kaldım ve bunu buldum.
ısı transferi nedir
Doğa öyle düzenlenmiştir ki, içindeki her şey ve özellikle sıcaklık denge eğilimindedir. Normal koşullar altında, termodinamiğin temel yasasına göre, sıcak bir cisimden gelen ısı, daha soğuk olana düzgün bir şekilde akacaktır. Bu, her iki cismin sıcaklığı aynı olana kadar devam eder. Temas halinde birbirini iten moleküller suçludur. Bildiğiniz gibi, sıcaklık ne kadar yüksek olursa, o kadar yoğun hareket ederler ve temas halinde, bir maddenin parçacıkları, kendileri yavaşlarken diğerinin moleküllerini "hızlandırır". Böylece, sıcak bir nesnenin soğuduğu ve soğuk olanın ısındığı ortaya çıktı ve moleküllerin hızı eşitlenir eşitlenmez, bu, sıcaklığın dengelendiği anlamına gelecektir.
Metaller Neden Soğuk Görünür?
Bir insan soğuk bir günde dışarı çıktığında, tüm vücutların sıcaklığının aynı olduğu bir ortama girer. Herhangi bir demir parçasına dokunursanız, vücut ısısı çok daha yüksek olduğu için soğuk görünecektir - 36.6 ° C. Vücudun, sıcaklığına kadar ısıtılana kadar metali ısıtması gerektiği ortaya çıktı. Peki demir neden ısıyı tahtadan daha hızlı çekiyor? Her şey, her malzemenin kendine ait olan termal iletkenliği ile ilgilidir. Özel birimlerle ifade edilir - W / (m K) - metre başına watt kelvin. Bu, homojen bir malzemenin birim alanından birim zamanda geçen ısının ifadesidir. Örneğin:
- demir için - 70-75 W/(m K);
- meşe - 0,22 W / (m K);
- taş için - 1,5 W/(m K).
Metaller, bir miktar ısı alarak hızlanan ve böylece komşu parçacıklara çarparak malzemeyi ısıttıkları anlamına gelen çok sayıda serbest elektrona sahiptir. Ahşabın serbest parçacıkları yoktur, bu nedenle ısıyı yalnızca yüzey molekülleri alır ve yavaş yavaş ahşabın derinliklerine aktarır. Bu yüzden demir çok soğuk görünür.
