Logamnya terasa dingin saat disentuh. Mengapa besi terasa lebih dingin? Mengapa logam tampak dingin?

Mengapa besi terasa lebih dingin? - artikel

Mengapa besi terasa lebih dingin?

Alam dirancang sedemikian rupa sehingga hampir segala sesuatunya mengupayakan keseimbangan. Hal ini juga berlaku pada suhu. Jika tidak ikut campur, maka kalor akan mengalir dari benda panas ke benda dingin, dan hal ini akan terjadi hingga suhunya sama. Kita tahu bahwa panas bukanlah sejenis cairan yang mengalir, hanya saja dikatakan demikian. Faktanya, bukan panas yang mengalir, melainkan molekul yang saling mendorong. Pada benda panas, molekulnya bergerak cepat sehingga mendorong lebih keras. Dari dorongan molekul-molekul cepat, molekul-molekul benda dingin mulai bergerak lebih riang, dan molekul-molekul cepat lambat laun melambat. Oleh karena itu, benda dingin menjadi panas dan benda panas menjadi dingin. Namun setelah beberapa waktu, molekul-molekul pada kedua benda tersebut akan bergerak dengan cara yang kurang lebih sama dan akan saling mendorong dengan gaya yang sama besarnya. Artinya suhu menjadi sama dan kesetimbangan termal telah tercapai.

Ketika Anda pergi keluar pada hari yang sangat dingin, kesetimbangan termal (atau haruskah saya katakan: kesetimbangan dingin?) telah terbentuk: semua benda di jalan memiliki suhu yang sama, semuanya sama dinginnya. Jika Anda mengambil termometer dan mengukur suhu udara, suhu salju, suhu pagar dan ayunan di halaman, Anda akan melihat bahwa suhunya sama untuk semua orang. Ada keseimbangan penuh di alam. Tetapi jika Anda menyentuh benda yang berbeda dengan tangan kosong, Anda akan langsung ragu apakah benda tersebut memiliki suhu yang sama. Di musim dingin, bagian luar besi terasa lebih dingin saat disentuh dibandingkan kayu. Jadi, mungkinkah suhunya berbeda-beda, padahal sebatang kayu terletak di sebelah sebatang besi? Bagaimana dengan kesetimbangan termal?

Faktanya adalah itu segera setelah Anda mengambil sepotong besi, Anda mengganggu keseimbangan. Bagaimanapun, setiap orang memiliki mekanisme termal di dalamnya, yang secara teratur memanaskannya hingga suhu tiga puluh enam derajat. Dan enam persepuluh lagi. Dan segera setelah Anda mengambil setrika dengan tangan kosong, dia harus memanaskan besi tersebut juga. Dan jika Anda mengambil papan kayu, Anda harus memanaskan papan tersebut. Karena jika Anda tidak memanaskannya, tangan Anda akan segera menjadi dingin, dan itu buruk. Mekanisme termal kami berusaha semaksimal mungkin untuk menjaga suhu di dalam tetap konstan, tidak bergantung pada apa pun.

Bedanya, besi menghilangkan panas lebih cepat dibandingkan kayu. Itu sebabnya rasanya lebih dingin. Faktanya adalah besi adalah logam. Sifat utama logam yang membedakannya dari zat lain adalah adanya banyak elektron bebas di dalamnya. Dan elektron adalah partikel yang sangat kecil dan ringan. Molekul ribuan kali lebih berat darinya. Bayangkan bagaimana sebuah molekul besar dari tangan panas Anda mengenai sebuah elektron kecil. Dari hantaman seperti itu, elektron akan terbang dengan kecepatan luar biasa. Bahkan ada perbandingan seperti itu, sangat cocok untuk kasus ini: terbang seperti tersiram air panas. Ia terbang jauh ke dalam logam, menyentuh atom-atom di sepanjang perjalanannya dan, tentu saja, mengguncangnya. Dan karena bergoyang, berarti memanas. Elektron yang “tersiram air panas” ini menyebabkan logam memanas dengan sangat cepat.

Situasinya sangat berbeda dengan kayu. Tidak ada elektron bebas. Mereka semua terikat pada tempatnya masing-masing. Molekul tangan Anda mendorong molekul pohon yang ada di luar. Molekul-molekul ini secara bertahap semakin bergoyang dan mulai mendorong molekul tetangganya, yang letaknya sedikit lebih dalam. Mereka, sambil bergoyang, mendorong tetangga mereka lebih dalam lagi. Dan seterusnya. Ini adalah masalah yang santai. Panas menembus kayu dengan sangat lambat, yang berarti tangan Anda juga menjadi dingin secara perlahan, sehingga mekanisme termal Anda tidak perlu bekerja terlalu keras. Dengan besi semuanya sangat berbeda. Segera setelah saya menghangatkan tangan, elektron telah “membawa” semua panas. Perlu memanaskannya lagi. Inilah sebabnya mengapa besi terasa lebih dingin. Tetapi jika potongan besinya kecil, maka ia akan cepat memanas di telapak tangan Anda, dan mekanisme termal akan bernapas lega: tangan Anda berhenti mendingin, dan Anda dapat istirahat.

Antonina Lukyanova

Konduktivitas termal logam lebih besar dibandingkan kayu. Jika logam dan kayu dipanaskan pada suhu yang sama, lebih tinggi dari suhu tubuh kita, maka jika bersentuhan, logam tersebut akan memberikan lebih banyak panas ke tubuh kita per satuan waktu dibandingkan kayu. Dan juga jika logam dan kayu lebih dingin dari tubuh kita. Tentunya pada suhu tubuh kita, baik logam maupun kayu akan terasa sama panasnya saat disentuh.
Kemampuan panas untuk berpindah dari satu bahan ke bahan lainnya disebut konduktivitas. Logam merupakan konduktor panas yang baik. Zat yang berada di lingkungan mempunyai suhu yang kurang lebih sama dengan lingkungan (yah, tergantung sifat zat tersebut)
Oleh karena itu, jika misalnya Anda mengambil suatu benda logam di tangan Anda, maka benda tersebut akan secara aktif menghilangkan panas dari tangan Anda, sinyal akan dikirim ke otak dan Anda akan merasa bahwa logam tersebut dingin. Namun kenyataannya, Anda dapat memverifikasi kebalikannya secara eksperimental. Mengambil koin di tangan Anda dan memegangnya di tangan Anda, dinginnya tidak lagi, karena tidak mampu lagi menyerap panas yang dikeluarkan seseorang.

Kemampuan panas untuk berpindah dari satu bahan ke bahan lainnya disebut konduktivitas. Logam adalah penghantar panas yang baik, tetapi non-logam - kayu dan plastik - merupakan penghantar panas yang buruk. Benda logam apa pun di dalam ruangan memiliki suhu yang kira-kira sama dengan suhu udara di sekitarnya. Namun tubuh kita memiliki “kompor” internalnya sendiri, yang memastikan suhunya antara 36 dan 37 °C. Jika Anda menyentuh benda logam yang dikelilingi udara lebih dingin dari tubuh Anda, benda logam tersebut akan cepat menarik panas dari jari Anda. Itu sebabnya jari-jari Anda terasa dingin. Sensasi ini masuk ke otak Anda, yang menganggapnya sebagai logam yang dingin. (Jika Anda memegang benda logam kecil, seperti koin, di tangan Anda cukup lama, benda tersebut akan menyerap cukup panas tubuh sehingga Anda akan merasakan hangatnya.) Hal sebaliknya juga berlaku: jika Anda menyentuh, misalnya, kap mesin. sebuah mobil yang dijemur di bawah terik matahari pada hari yang panas, logam tersebut akan menghantarkan panasnya ke jari-jari Anda dan Anda akan merasakan kap mesinnya panas

Anak saya mengajukan pertanyaan yang membuat Anda berpikir. Baru-baru ini, dalam salah satu perjalanan saya, saya mendengar: “Mengapa besi lebih dingin daripada kayu?” Benarkah kenapa? Saya harus menggali di Internet dan inilah yang saya temukan.

Apa itu perpindahan panas

Alam dirancang sedemikian rupa sehingga segala isinya mengupayakan keseimbangan, terutama suhu. Dalam kondisi normal, menurut hukum dasar termodinamika, panas dari benda panas akan mengalir dengan lancar ke benda yang lebih dingin. Hal ini akan terus terjadi hingga suhu kedua benda menjadi sama. Molekul-molekul yang saling mendorong saat bersentuhan harus disalahkan atas segalanya. Seperti yang Anda ketahui, semakin tinggi suhunya, semakin kuat pergerakannya, dan ketika bersentuhan, partikel-partikel suatu zat “mempercepat” molekul-molekul zat lain, sementara partikel-partikel itu sendiri melambat. Jadi ternyata benda panas mendingin, dan benda dingin memanas, dan segera setelah kecepatan molekulnya seimbang, berarti suhunya sudah stabil.

Mengapa logam tampak dingin?

Ketika seseorang keluar rumah pada hari yang dingin, dia mendapati dirinya berada di lingkungan di mana suhu semua tubuh sama. Jika Anda menyentuh sepotong besi, ia akan terasa dingin, karena suhu tubuh jauh lebih tinggi - 36,6°C. Ternyata tubuh harus memanaskan logam tersebut hingga mencapai suhunya. Namun mengapa besi menyerap panas lebih cepat dibandingkan kayu? Ini semua tentang konduktivitas termal, yang berbeda untuk setiap bahan. Hal ini dinyatakan dalam satuan khusus - W/(m K) - watt per meter kelvin. Ini adalah ekspresi panas yang melewati per satuan waktu melalui satuan luas bahan homogen. Misalnya:

• untuk besi - 70-75 W/(m K);
• untuk kayu ek - 0,22 W/(m K);
• untuk batu - 1,5 W/(m K).

Logam memiliki banyak elektron bebas, yang, ketika menerima sejumlah panas, berakselerasi, sehingga mengenai partikel di sekitarnya, dan karenanya memanaskan material. Kayu tidak memiliki partikel bebas, jadi hanya molekul permukaan yang menerima panas, secara bertahap memindahkannya jauh ke dalam kayu. Itu sebabnya besi terasa sangat dingin.

Niccolo M.

Mengapa logam dingin terasa lebih dingin dibandingkan udara dingin?

(Saya minta maaf atas pertanyaan mendasar ini. Saya tidak tahu banyak tentang fisika.)

Katakanlah saya menaruh panci logam di lemari es selama beberapa jam.

Pada saat ini, menurut saya panci dan udara (di dalam lemari es) suhunya sama.

Sekarang saya menyentuh pot ini. Di sini sangat dingin. Namun ketika saya "menyentuh" ​​​​udara (yaitu di dalam lemari es), tidak "terasa" betapa dinginnya itu. Saya tidak merasakan hal yang sama "aduh!" apa yang saya rasakan ketika saya menyentuh panci.

Mengapa? Mengapa logam tampak lebih dingin daripada udara padahal keduanya mempunyai suhu yang sama?

(Saya tahu bahwa gas mengandung lebih sedikit partikel per satuan volume dibandingkan dengan padatan dan cairan, tetapi karena "suhu" berarti "energi kinetik rata-rata"), diperkirakan lebih sedikit partikel udara yang mengenai tangan saya dengan kecepatan yang dapat mengimbangi jumlah partikel yang lebih kecil. , Kanan?)

Pertanyaan terkait, untuk klarifikasi:

Jika saya menggunakan termometer untuk mengukur suhu panci dan udara (dengan asumsi termometer dengan sensor yang dapat menyentuh benda), apakah keduanya akan menunjukkan pembacaan yang sama? Kalau iya, apa yang membedakan termometer dengan tangan saya? Maksud saya, tangan saya adalah sejenis termometer, jadi mengapa tangan saya bisa patah sedangkan termometer non-manusia bisa berfungsi?

SjonTeflon

Veritasium memiliki video yang bagus tentang ini, membandingkan loyang kue dengan kue itu sendiri, buku, dan benda logam. Lalu dia bertanya orang yang berbeda di jalan, apa yang mereka pikirkan youtube.com/watch?v=hNGJ0WHXMyE

Eric Lippert

Aku ingin tahu apa tanganmu Bukan adalah termometer; Termometer mengukur jumlah rata-rata energi panas yang ada dalam suatu benda, tapi ini bukan yang Anda ukur dengan tangan Anda. "Perasaan dingin" atau "perasaan hangat" di tangan Anda sebenarnya mengukur bagaimana caranya cepat energi bergerak antara tangan Anda dan benda, bukan energi rata-rata dalam objek .

daviewales

@SWeer, saya secara khusus mengklik pertanyaan ini untuk menautkan video ini ke Veritasium.

Dubu

Seperti yang ditunjukkan dalam video Veritasium, Anda tidak memerlukan lemari es untuk efek ini. Bandingkan suhu yang dirasakan dari balok logam (atau panci atau pisau) dengan suhu balok busa, seperti pada suhu kamar. Balok logam akan terasa lebih dingin, sedangkan balok busa mungkin terasa lebih dingin lebih hangat, daripada udara di sekitarnya karena merupakan isolator yang baik (yaitu konduktor termal yang buruk).

Nama Woss

Bukankah tangan dan termometer mengukur suhunya sendiri? Bukankah termometernya lebih cepat bereaksi karena terbuat dari logam?

Jawaban

Frederick Brunner

Jawaban singkat:

Pengukuran termometer suhu sebenarnya(yang sama untuk keduanya) dan ukuran tangan Anda penularan energi (panas), yang lebih tinggi pada pot dibandingkan pada udara.

Jawaban panjang:

Kata kunci: konduktivitas termal

Perbedaannya adalah parameter spesifik material yang disebut konduktivitas termal. Jika bersentuhan dengan bahan apa pun (gas, cair, padat), panas, yang merupakan salah satu bentuk energi, akan mengalir dari medium dengan lebih banyak energi. suhu tinggi pada lingkungan yang suhunya lebih rendah. Laju terjadinya hal ini ditentukan oleh parameter yang disebut konduktivitas termal. Logam cenderung merupakan penghantar panas yang baik, sehingga logam tampak lebih dingin daripada udara meskipun suhunya sama.

Mengenai pertanyaan kedua Anda: termometer akan menunjukkan suhu yang sama. Satu-satunya perbedaan adalah waktu yang diperlukan untuk mencapai kesetimbangan termal, yaitu ketika termometer menunjukkan suhu yang benar.

Satu catatan terakhir: laju pembuangan panas (energi) dari tubuh Anda menentukan apakah Anda menganggap suatu bahan dingin atau tidak, meskipun suhunya sama.

Sebagai referensi, berikut adalah tabel yang mencantumkan konduktivitas termal untuk beberapa bahan:

Yaroslav Komar

Pada malam hari saya akan menambahkan bahwa ada dua komponen lagi - kapasitas panas lingkungan dan kepadatannya, yang dapat mempengaruhi seberapa dingin lingkungan tersebut. Hal ini terkadang dianalisis dalam istilah difusivitas termal.

Dan

TL; Versi DR dari jawaban ini: Kulit kita mengukur transfer energi, bukan suhu.

David Wilkins

Jadi jika cuaca sangat panas pada hari musim panas yang cerah, haruskah saya berbaring di tempat tidur perak di tempat teduh? Sayang!

Yan Lalinsky

@Danu, menurut saya reseptor sebenarnya merespons suhu reseptor, karena suhu merupakan salah satu faktor penentu kecepatan dan intensitas proses biologis. Saat Anda menyentuh logam, suhu reseptor turun dengan cepat. Saat Anda menyentuh udara, tubuh Anda mampu menahan kehilangan panas sehingga reseptornya tetap mendekati suhu alaminya.

Peter Stok

Saya tidak setuju dengan gagasan bahwa kulit Anda dapat mengukur perpindahan panas. Itu hanya bisa mengukur suhu, atau lebih tepatnya, suhu permukaan tubuh yang Anda sentuh. Sekarang difusivitas termal ikut berperan: ketika Anda menyentuh sepotong kayu yang dingin (difusivitas termal rendah), Anda mentransfer panas ke kayu, lapisan batas kayu memanas dan terasa hangat. Sebaliknya, jika Anda menyentuh balok baja dingin (difusivitas termal tinggi), Anda juga memindahkan panas, tetapi panas tersebut dengan cepat dipindahkan ke dalam logam dan dengan demikian lapisan batas tetap dingin.

Untuk alasan yang sama, air dingin tampak lebih dingin dibandingkan udara dingin.

Memang hal ini disebabkan oleh perpindahan panas yang lebih tinggi, namun kulit tidak mengukurnya secara langsung.

Frederick Brunner

Menurut saya, "tindakan" harus dipahami sebagai "reaksi yang kurang lebih ekstrem terhadap perpindahan panas tergantung pada kecepatannya."

Peter Stok

@FredericBrünner Ini adalah definisi dari kata "mengukur". Dan sistem (sensor kulit atau teknis) tidak dapat bereaksi langsung terhadap aliran panas, tetapi hanya terhadap pengaruhnya, yaitu perubahan suhu. Dipanaskan termometer akan mengukur suhu di dalam air yang berbeda dengan di udara, meskipun suhu air dan udara sama. Apakah ini juga mengukur perpindahan panas?

Skyler

Pada dasarnya, perpindahan panas adalah ukuran tubuh Anda. Video ini benar-benar menyentuh apa yang Anda minati

Tubuh kita merasakan aliran panas dari satu sumber ke saluran pembuangan. Saat kecepatan transmisi lebih tinggi, objek terasa lebih dingin/panas. Benda yang digunakan pada suhu ruangan akan terasa lebih panas atau lebih dingin tergantung pada konduktivitas termalnya. Anda dapat menganggap suhu sebagai metrik absolut.

Bagaimana lebih banyak perbedaan suhu, semakin hangat atau dingin benda tersebut akan terasa. Namun konduktivitas termal berfungsi sebagai pengganda, jika Anda mau. Sebuah benda pada suhu 70 derajat yang menyedot aliran energi yang sama melalui ujung jari seperti benda pada suhu 30 derajat akan memiliki konduktivitas termal yang lebih tinggi. Artinya delta H akan sama untuk kedua benda, meskipun T berbeda dan delta T berbeda.

Kita tidak mengukur T atau mengubah T, kita hanya mengubah panas.

dmckee♦

Respons yang ada hanya untuk memberikan penunjuk ke sumber daya pihak ketiga didefinisikan sebagai non-respons. Apa yang Anda lakukan di sini sedikit lebih baik dari itu karena Anda telah menyarankan frasa yang merangkum situasi, namun sebagian besar pengguna Stack Exchange cenderung tidak menilai jawaban itu dengan sangat tinggi. Fisika SE berusaha menjadi gudang jawaban berkualitas atas pertanyaan berkualitas, bukan kumpulan tautan.

Skyler

Saya pikir penjelasan saya tidak akan lebih baik daripada video yang ada, tapi saya akan tetap menyertakannya.

terbang

Hal ini lebih rumit daripada fisika perpindahan panas. Sensasi sentuhan kami cukup aneh.

Salah satu contohnya adalah orang bisa merasakan “dingin” dan “dingin” mempengaruhi selera lainnya.

Penelitian mengenai proses masih kurang. Dari sekian banyak reseptor di kulit, Anda memiliki beberapa reseptor yang berhubungan dengan suhu.

Salah satu jenis nosiseptor, yang bertanggung jawab atas rangsangan "berbahaya", merespons suhu ekstrem.

Dua jenis termoreseptor mendeteksi perbedaan antara panas dan air dingin. Reseptor dingin juga terbukti merespons rangsangan pemanasan... Mereka juga terletak lebih dalam di lapisan dermal, menunjukkan bahwa rangsangan pemanasan harus dideteksi terlebih dahulu.

Ada juga umbi betis yang diyakini rasanya "dingin".

Termoreseptor di lidah Anda juga dapat memengaruhi rasa sesuatu sehubungan dengan suhunya. Rasa bahkan lebih kompleks karena melibatkan setidaknya 3 sensasi "terpisah" dan fakta bahwa beberapa bahan kimia rasa terasa berbeda ketika dikonsumsi. suhu yang berbeda. Fruktosa lebih menyukai keadaan fruktopiranosa dibandingkan dengan fruktofuranosa suhu rendah, dan rasanya lebih manis dibandingkan pemanis umum lainnya.

Termometer mengukur suhu melalui kesetimbangan.

Saya perhatikan orang menyebutkan konduktivitas yang mungkin jalan terbaik jelaskan ini untuk sejumlah kecil perubahan suhu. Setelah Anda mencapai gradien besar atau nilai ekstrem, hal ini akan bergantung pada beberapa faktor, termasuk faktor mana yang memicu pertama, kedua, ketiga. Kemudian Anda harus mempertimbangkan penghambatan lateral/temporal, keadaan polarisasi, potensi bertingkat, gerbang NT, dll. Terakhir, Anda harus mempertimbangkan apakah sinyal-sinyal ini merambat ke otak dan bagaimana otak menafsirkan semua kekacauan yang campur aduk...

Jari Bruno

Hal ini berkaitan dengan seberapa cepat material dapat mentransfer energi. Ada namanya, konduktivitas termal.

Kutipan dari Wikipedia:

Perpindahan panas terjadi pada tingkat yang lebih besar melalui bahan dengan konduktivitas termal yang tinggi dibandingkan melalui bahan dengan konduktivitas termal yang rendah. Oleh karena itu, bahan dengan konduktivitas termal yang tinggi banyak digunakan dalam heat sink, dan bahan dengan konduktivitas termal rendah digunakan sebagai insulasi termal. Konduktivitas termal bahan bergantung pada suhu. Kebalikan dari konduktivitas termal disebut resistansi termal.

Berikut beberapa sumber untuk Anda:

Ernesto

Ini adalah dokumen yang berkaitan dengan topik ini. Efusivitas termal memainkan peran yang sangat penting peran penting dalam proses sementara, seperti menyentuh suatu benda dalam waktu yang sangat singkat:

E Marín Konsep fisika termal: peran Guru Fisika efusif termal 44, 432-434 Oktober 2006

E. Marin Mengajar termofisika dengan sentuhan. Jurnal Pendidikan Jasmani Amerika Latin 2, 1, 15-17 (2007)

Logam yang Dapat Diganti

Pertama-tama, benda logam tidak selalu dingin. Ingat apa jadinya sendok logam air panas. Misalnya, jika Anda memasukkan sendok kayu ke dalam air mendidih, maka sendok itu akan memanas. Tapi sendok logam yang dimasukkan ke dalam air mendidih akan lebih panas. Jika ditangani sembarangan, Anda bahkan bisa melepuh karena lupa membawa peralatan makan logam di dalam panci atau penggorengan yang panas.

Berbagi kehangatan

Rahasianya terletak pada konduktivitas termal - kemampuan suatu benda untuk mentransfer panas ke benda lain, dari bagian yang lebih panas ke bagian yang kurang panas.

Benda yang berbeda memiliki konduktivitas termal yang berbeda. Untuk logam, nilainya sangat tinggi. Dalam praktiknya, hal ini dapat dipastikan hanya dengan menyentuh benda logam.

Ambil benda logam apa pun di tangan Anda, misalnya sendok yang sama (yang belum dimasukkan ke dalam air mendidih!) atau kunci logam. Suhu biasa suhu tubuh kita adalah 36,6°C. Ketika kita menyentuh suatu benda yang kurang panas dari tubuh kita, kita sendiri yang mulai memindahkan panas ke benda tersebut. Suhu permukaan kulit menjadi lebih rendah, dan kita merasakan dinginnya benda tersebut.

Baca selengkapnya:

Konduktivitas termal yang berbeda

Panas tubuh kita mulai memanas lapisan atas objek keren. Jika suatu benda memiliki konduktivitas termal yang tinggi (seperti sendok atau kunci logam), maka energinya mulai menyebar dengan cepat ke seluruh benda. Suhu sedikit meningkat, perpindahan panas terus berlanjut. Namun benda tersebut tetap dingin.

Jika suatu benda memiliki konduktivitas termal yang rendah (misalnya, seperti sendok kayu), maka lapisan atasnya akan lebih cepat panas. Seringkali pemanasan terjadi secara instan, dan kita bahkan tidak sempat menyadari bahwa benda tersebut dingin. Setelah panas dipindahkan, perpindahan panas praktis terhenti. Benda itu menjadi hangat.

Apa yang terjadi pada benda panas?

Pada benda panas, proses terjadi dalam urutan yang berbeda. Konduktivitas termal benda logam tinggi karena adanya elektron bebas yang bertanggung jawab atas konduktivitas listrik logam. Elektron dalam benda logam bergerak cepat ke seluruh volume, memindahkan panas ke seluruh bagian benda.