science >> Wetenschap >  >> Chemie

Waarom voelt staal kouder aan dan hout?

Loop een kamer in waarin je een stalen staaf en een houten stok vindt, raak ze beide aan en je zult merken dat de stalen staaf kouder aanvoelt. Op het eerste gezicht is dit niet logisch omdat zowel de staaf als de stok zich in dezelfde kamer bevinden, dus ze moeten op dezelfde temperatuur zijn. Houd echter rekening met de thermische geleidbaarheid van de twee materialen en het fenomeen lijkt niet zo mysterieus. Staal voert ongeveer 500 keer sneller warmte uit uw vingers dan hout. Trouwens, als u de lat plaatst en in de zon blijft steken, zult u merken dat het staal snel te heet wordt om aan te raken, terwijl het hout dat niet doet. Het verschil in hun thermische geleidbaarheid is opnieuw verantwoordelijk.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Staal heeft een thermische geleidbaarheid van 50,2 W /mK terwijl dat van hout geen is meer dan 0,12 W /mK. Daarom voelt staal bij dezelfde temperatuur kouder aan dan hout.

Vingers interpreteert warmteverlies als kou -

Wanneer u een object aanraakt dat zich op een lagere temperatuur bevindt dan uw vingers, voelt het object aan koud omdat de warmte door je vingers het object in gaat, niet omdat koude in je lichaam komt. De stroom van energie is altijd van het heter object naar de koudere. Dit geldt zelfs voor airconditioners. Ze leveren geen koude lucht. In plaats daarvan halen ze warmte uit de lucht die rond de verdampingsspiralen circuleert. Hoe hoger de snelheid van warmteoverdracht, hoe kouder een object aanvoelt.

Elk materiaal heeft een karakteristieke thermische geleidbaarheid

De moleculen in een materiaal met een hoge temperatuur hebben meer kinetische energie dan die in een materiaal op een lage temperatuur, en wanneer de materialen elkaar raken, verliest het lichaam op de hogere temperatuur energie in de vorm van warmte. Dit wordt thermische geleiding genoemd en de snelheid waarmee dit gebeurt, is evenredig met het oppervlak van de dwarsdoorsnede en het temperatuurverschil en omgekeerd evenredig met de materiaaldikte. Het is ook evenredig met een constante thermische geleidbaarheid (k), die kenmerkend is voor elk materiaal.

Wetenschappers hebben de thermische geleidbaarheid voor de meeste alledaagse materialen gemeten en getabuleerd. In het MKS-meetsysteem worden ze uitgedrukt in watt /meter-graad Kelvin (W /mK). Je kunt ze ook vinden uitgedrukt in andere eenheden, zoals Btu /(hr⋅ft 2⋅F) (British Thermal Units /hour-foot-degree Fahrenheit).

Thermische geleidbaarheid is gerelateerd aan elektrische geleidbaarheid. De meeste materialen die warmte goed geleiden, geleiden ook elektriciteit even goed, en warmte-isolatoren zijn ook goede elektrische isolatoren. De uitzondering is diamant, die een hogere thermische geleidbaarheid heeft dan welk metaal dan ook, maar vanwege zijn dichte roosterstructuur geen elektriciteit geleidt.

Thermische geleidbaarheid van staal en hout

De thermische geleidbaarheid van staal is 50,2 W /mK en dat voor hout ligt tussen 0,12 en 0,04 W /mK, afhankelijk van de houtsoorten, evenals de dichtheid en het vochtgehalte. Zelfs de meest warmtegeleidende stok van hout draagt ​​ongeveer 500 keer langzamer warmte over dan staal. Deze langzame snelheid van warmteoverdracht maakt hout tot een goede warmte-isolator, tot daar met isolerende baksteen en vergelijkbaar met steenwol en glasvezelisolatie.