Kov - jedinečný materiál, který má schopnost rychle měnit teplotu při kontaktu s okolím. Když venkovní teplota klesne pod bod mrazu, kov se začne zdát studený, i když jeho skutečná teplota zůstává stejná.
Tento jev je vysvětlen vlastnostmi tepelné vodivosti a tepelné kapacity, které kovy mají. Tepelná vodivost - je to schopnost materiálu rychle šířit teplo. Kovy mají velmi vysokou tepelnou vodivost, takže při kontaktu v mrazu rychle odebírají teplo z naší pokožky.
Kovy jsou navíc vysoké tepelná kapacita to znamená schopnost ukládat velké množství tepla. To znamená, že kovy mohou akumulovat teplo po dlouhou dobu, což nám umožňuje cítit jejich chlad i při nízké okolní teplotě.
Proč jsou kovové předměty v mrazu chladnější?
Když se v mrazu dotýkáme kovových předmětů, cítíme je jako studené. To je způsobeno různým přenosem tepla mezi kůží našeho těla a kovem.
Kov je dobrý odvod tepla, což znamená, že je schopen rychle odvádět teplo z našeho těla. Když se dotkneme studeného kovu," odebere " teplo z naší pokožky a vytvoří pocit chladu.
Kůže člověka je naopak špatným tepelným vodičem. Nemůže rychle přetékat teplo, takže když se dotkneme studeného kovu, rozdíl v přenosu tepla mezi kůží a kovem vytváří pocit chladu.
Za zmínku také stojí, že kov může být studený na dotek i při pokojové teplotě. Je to proto, že kov velmi dobře vede teplo a teplo z našeho těla se rychle přenáší do kovového předmětu, což způsobuje jeho ochlazení.
Celkově tato interakce mezi různými přenosy tepla mezi kůží a kovem vede k pocitu chladu při dotyku kovových předmětů v mrazu.
Vodivost tepla
Kovy, jako je železo, hliník a měď, mají velmi vysokou vodivost tepla. Když se v mrazu dotkneme kovového předmětu, odebere teplo z naší pokožky a přenese ho do sebe, čímž rychle sníží teplotu naší pokožky.
Kromě vysoké vodivosti tepla jsou kovy schopny rychle a efektivně se přizpůsobit okolní teplotě. To znamená, že kovovým předmětům netrvá dlouho, než dosáhnou okolní teploty v mrazu.
Naše ruce a kůže tak vnímají pocit chladu z kovových předmětů, protože kovy účinně odebírají teplo z naší pokožky a rychle snižují její teplotu.
Odraz infračerveného záření
Kovové předměty se na mrazu zdají chladnější kvůli vlastnostem jejich povrchu a schopnosti odrážet infračervené záření.
Infračervené záření jsou elektromagnetické vlny, které přenášejí teplo. Když se v mrazu dotkneme kovového předmětu, náš přenos tepla se zvýší, protože kov je dobrým vodičem tepla. Vnímáme to jako pocit chladu.
Hlavním faktorem, který činí kovové povrchy chladnějšími v mrazu, je však jejich schopnost odrážet infračervené záření. Kovy mají vysokou odrazivost, to znamená, že odrážejí většinu záření, které na ně dopadá.
V mrazu se prostředí ochlazuje a jeho teplota klesá pod naši tělesnou teplotu. Když se dotkneme kovového povrchu, začne odrážet naše teplo zpět k nám a snižuje náš vlastní odvod tepla. To vytváří iluzi chladu, protože cítíme, že naše teplo od nás odchází.
Kovové předměty se tedy v mrazu zdají chladnější kvůli zvýšenému odvodu tepla přes ně a schopnosti odrážet infračervené záření, což způsobuje pocit, že naše teplo od nás odchází rychleji.
Tepelná vodivost
Tepelná vodivost je schopnost látky přenášet teplo. Kovy mají vysokou tepelnou vodivost díky zvláštním vlastnostem jejich krystalové struktury a také přítomnosti volně se pohybujících nabitých částic - elektronů.
Když se v mrazu dotkneme kovového předmětu, zahřejeme ho rukama. Teplo přenášené z naší kůže se šíří po celém povrchu předmětu a rychle přechází z jedné jeho části do druhé. V důsledku toho se kov cítí studený, protože odvádí teplo z našeho těla do okolního prostředí.
To odlišuje kovové předměty od materiálů, jako je dřevo nebo plast, které mají výrazně nižší tepelnou vodivost. V důsledku toho se předměty z těchto materiálů nezdají být tak studené i při nízkých teplotách.
Vysoká tepelná vodivost kovů je tedy jedním z důvodů, proč se při kontaktu s pokožkou za nízkých teplot zdají chladné.
Zvýšení rychlosti odvodu tepla
Kovové předměty v porézním nebo ostrém povrchu mají mnoho mikroskopických prohlubní a výstupků, které zvětšují kontaktní plochu s okolními objekty nebo těly. Velká kontaktní plocha zvyšuje množství tepla, které může kov absorbovat a odvádět, což při dotyku vytváří pocit chladu.
Při kontaktu s tělem navíc kovový povrch rychle odvádí teplo konvekčním procesem. Konvekce je přenos tepla pohybem kapaliny nebo plynu. Kovový povrch odvádí teplo, protože se rychle zahřívá a ohřívá okolní vzduch. Teplý vzduch stoupá nahoru a studený vzduch klesá dolů a vytváří pohyb vzduchových hmot. To umožňuje efektivnější výměnu tepla a rychlé chlazení kovového povrchu.
V důsledku toho se kovové předměty v mrazu zdají chladné kvůli jejich schopnosti efektivně odvádět teplo zvětšením kontaktní plochy s okolními objekty nebo těly a také použitím konvekčního procesu k rychlému odvodu tepla.
Kontakt se studeným vzduchem
Kov má navíc vysokou tepelnou vodivost, což znamená, že je schopen rychle vést teplo. Když se tedy v mrazu dotkneme kovového povrchu, rychle odebere teplo z naší pokožky a zvýší pocit chladu. Také ocel a další kovy mají nízkou tepelnou kapacitu, což znamená, že jsou schopny se rychle zahřát a ochladit.
Oproti tomu ne kovové povrchy, jako je plast nebo dřevo, mají nižší tepelnou vodivost a nižší rychlost odvodu tepla, což znamená, že mohou zůstat teplejší na dotek i při nízkých teplotách. Kovové předměty se nám proto v mrazu zdají chladnější.