Fizyka codzienności. Co naprawdę czujemy dotykając różnych materiałów?

Istnieją pytania, na które odpowiedzi mogą wydać się bardzo intuicyjne, ale jednocześnie nie będziemy w stanie ubrać ich w naukowe szaty. Jedną z takich kwestii wydaje się problem pozornych różnic w temperaturach między poszczególnymi materiałami. Jak wyjaśnić to, że metalowa rurka będzie dla nas chłodniejsza od drewnianej rączki, nawet jeśli oba materiały będą miały tę samą temperaturę?
Fizyka codzienności. Co naprawdę czujemy dotykając różnych materiałów?

Rozwiązanie zagadki tkwi w pewnym bardzo istotnym szczególe. Gdy czegoś dotykamy, to tak naprawdę jesteśmy wystawieni na odczucie tego, jak szybko zachodzi przewodnictwo cieplne. Mówiąc krótko: odczuwamy, jak szybko ciepło zostaje przeniesione z nas na materiał bądź z materiału na nas. W konsekwencji może nam się wydawać, iż jeden obiekt jest cieplejszy bądź zimniejszy od drugiego, podczas gdy w rzeczywistości oba będą miały identyczną temperaturę.

Czytaj też: Jajko czy kura? Szokujące ustalenia na temat początków życia na Ziemi

Wracając do tytułowego przykładu uzyskamy krótką odpowiedź. Schłodzony metal wyda nam się zimniejszy od drewna, ponieważ ten pierwszy odprowadza ciepło z naszej dłoni szybciej niż ma to miejsce w przypadku drewna. Metal jest po prostu znacznie lepszym przewodnikiem, co oznacza, iż zdecydowanie skuteczniej przekazuje ciepło. Idąc tym tokiem myślenia możemy w sposób naukowy wyjaśnić, dlaczego nie robimy na przykład aluminiowych butów. 

Jeśli chodzi o to, dlaczego jedne materiały przewodzą ciepło lepiej od drugich, to do zrozumienia tego fenomenu należy wziąć pod uwagę procesy zachodzące w skali atomowej. Gdy taki materiał pochłania ciepło, zostaje ono przekształcone w energię kinetyczną. Ta przejawia się ruchem atomów, które zderzają się ze sobą i doprowadzają swoich sąsiadów do pobudzenia. Taka swego rodzaju meksykańska fala pobudzonych atomów umożliwia przenoszenie ciepła przez całą długość materiału. 

Różnica między tym, jak odczuwamy temperaturę metalu i drewna wynika z przewodności cieplnej obu materiałów

Jako że w metalach atomy są ustawione gęściej niż na przykład w drewnie, to kolizje między nimi będą częstsze, co przełoży się na łatwiejsze i wydajniejsze przenoszenie ciepła. Ale nie tylko ta kwestia się liczy, ponieważ plastik również może mieć gęsto ułożone atomy, jednocześnie cechując się relatywnie niską przewodnością cieplną. To ze względu na rolę swobodnych elektronów, które w metalach mogą opuszczać swoje atomy. To, co zostaje na miejscu, jest naładowane dodatnio i określane mianem jonów metali.

Czytaj też: Bursztynowe okruchy zmieniają historię Ziemi. Antarktyda ujawnia swoje tajemnice

Poruszające się wolne elektrony pochłaniają energię cieplną, co nadaje im pędu. W konsekwencji zderzają się z jonami metalu. Część energii kinetycznej wolnych elektronów jest wtedy pochłaniana przez jony i drgają one w konsekwencji szybciej oraz z większą amplitudą. To z kolei przekłada się na silniejsze przewodnictwo cieplne w materiałach posiadających wolne elektrony – a metale się do takowych zaliczają.