Почему металлы холодные на ощупь?

Мой сын задает такие вопросы, которые заставляют задуматься. Недавно, на одной из прогулок, я услышал — «Почему железка холоднее дерева?». Действительно, почему? Пришлось покопаться в интернете, и вот что мне удалось обнаружить.

Что такое теплообмен

Так устроена природа, что все в ней стремится к равновесию, а особенно температура. В обычных условиях, согласно основному закону термодинамики, тепло от горячего тела будет плавно перетекать к более холодному. Это будет продолжаться до той поры, пока температура обоих тел не станет одинакова. Во всем виноваты молекулы, которые толкают друг друга при контакте. Как известно, чем выше температура, тем интенсивнее они движутся, а при контакте частички одного вещества «разгоняют» молекулы другого, в то время как сами замедляются. Вот и получается, что горячий предмет остывает, а холодный разогревается, и, как только скорость молекул уравняется, это будет означать, что температура стабилизировалась.

Почему металлы кажутся холодными

Когда человек выходит на улицу в морозный день, то он попадает в среду, где температура всех тел одинакова. Если потрогать какую-нибудь железку, то она покажется холодной, ведь температура тела значительно выше — 36,6°C. Получается, что телу приходится нагревать металл до тех пор, пока он не нагреется до его температуры. Но почему железо вытягивает тепло с большей скоростью, чем дерево? Все дело в теплопроводности, которая у каждого материала своя. Она выражается в специальных единицах — Вт/(м·K) — ватт на метр кельвин. Это выражение той теплоты, которая проходит за единицу времени через единицу площади однородного материала. Например:

• у железа — 70-75 Вт/(м·K);
• у дуба — 0,22 Вт/(м·K);
• у камня — 1,5 Вт/(м·K).

У металлов множество свободных электронов, которые, получая некоторое тепло, ускоряются, тем самым задевая соседние частицы, а значит, нагревают материал. У дерева нет свободных частиц, поэтому тепло получают лишь молекулы поверхности, постепенно передавая его вглубь древесины. Поэтому железо и кажется таким холодным.

В детстве я задавался вопросом: почему, когда я дотрагиваюсь до металла, он холодный?. Ведь с предметами из других материалов такого не происходит. Мне тогда никто не мог толком ответить на этот вопрос, и вот только недавно я решил обратиться к ресурсам сети Интернет и выяснить, в чем дело.

Что такое металлы

Про них слышали все, кто изучал химию в школе. Это элементы, которые представлены как простые вещества, и для них характерны особые свойства:

• хорошая пластичность;
• электропроводность;
• положительный коэффициент сопротивления температуре.

Металлы могут относиться к разным группам: щелочным, тяжелым и легким, тугоплавким, цветным и другим. Но откуда они берутся? В природе эти элементы проявляются в виде руд, добыванием которых занимается человек. Но для получения чистого материала нужно каким-то образом выделить его из руды и очистить. В современном мире каждый человек взаимодействует с этими ископаемыми и даже носит их на своем теле (драгоценности из золота, серебра и т.д.). Как-то я наткнулся на статью в газете, в которой ученые утверждали, что организм человека состоит примерно на 3 процента из металлов (кальций, магний, железо).

Почему металлы холодные на ощупь

Они обладают высокой теплопроводностью. Поэтому, если, например, человек дотронется до нагретого металла, то он покажется ему более горячим, чем есть на самом деле. Чтобы было понятнее, можно провести опыт с его сравнением с деревом. При одинаковой температуре нам покажется, что металл нагрет намного сильнее. Такая же ситуация и при охлаждении. Исключением будет случай, когда температура его или дерева будет совпадать с температурой нашего тела.

Из-за теплопроводности вещества, человек, когда берет в руку металлический предмет, активно отдает свое тепло. В это время подаются сигналы в мозг о теплоотдаче и происходит ощущение, что вещь очень холодная. Думаю, что каждый пробовал долго держать монетку в руке и замечал, что она становится теплой. Это происходит потому, что она больше не может забирать тепло человека.

У меня в детстве была дурацкая привычка: когда я застегивал куртку до горловины, то часто пихал себе в рот металлический наконечник бегунка. Ничего особенного, как для ребенка, но зимой у меня часто прилипал язык к наконечнику. :) Тогда я впервые познакомился с теплообменными особенностями металла.

Почему от металла веет холодом

На самом деле, металл только кажется для нас холодным. Можно прикоснуться к столу у себя дома, и он покажется теплее, чем металл, хотя они оба будут комнатной температуры.

Просто металл из-за плотных соединений молекул отражает реальную температуру среды, в которой находится, а менее плотные материалы создают на короткое мгновение иллюзию для наших рук.

Когда я прикасаюсь к матрасу, то он кажется мне теплым, а когда я полностью ложусь в кровать - его структура сжимается и он начинает быстро отнимать у меня тепло, поэтому возникает чувство холода.

Металл отбирает тепло в разы быстрее других материалов, но зато и прощается с ним очень-очень оперативно.

Где нашли себе применение теплообменные свойства металла

Металлические изделия используются в следующих целях:

• для обогрева;
• для охлаждения;
• для обмена тепловой энергией.

В современных жилищах все чаще прокладывают отопительные коммуникации из пластиковых и металлопластиковых труб. Такие трубы не подвержены коррозии и могут служить хозяевам хоть до момента сноса дома. Они практически не излучают тепла, но и совершенно ясно, что радиаторов из них не сделаешь.

Радиаторы всегда будут делаться из металла, чтобы активно излучать тепло и заполнять им всю площадь отапливаемого помещения.

Для охлаждения тоже используют металл. Конструируют радиатор, который будет эффективно рассеивать тепло (пассивное охлаждение), если этого мало, то к нему монтируют обдув и подсоединяют систему циркуляции охлаждающей жидкости (активное охлаждение).

Обмен тепловой энергии можно показать на примере простого котла: горящий газ нагревает металлическую трубу, где находится вода; металл передает тепло горящего газа холодной воде, которая начинает циркулировать в системе.