¿El metal se siente más frío que el aire debido a la conductividad térmica o la difusividad térmica?

Sí, espera … no.

Tuve que buscar qué era la difusividad térmica. Nunca he usado esa propiedad en ningún problema térmico en el que he trabajado.

La definición de difusividad térmica es conductividad térmica dividida por densidad y capacidad calorífica específica. Esas propiedades con las que he trabajado.

La conductividad térmica es una medida de qué tan bien se transfiere el calor a través de un material. La densidad es, por supuesto, masa por unidad de volumen. La capacidad calorífica específica es la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura del material.

Imagina lo que sucede cuando sostienes un objeto en tu mano que está a una temperatura más baja que tu mano. El calor fluye de su mano caliente al objeto más frío. Cuanto más rápido sucede, más frío se siente el objeto.

Por lo tanto, tendría sentido que un material con una conductividad térmica más alta se sintiera más frío que uno con una conductividad más baja.

Pero, ¿qué pasa con la densidad y la capacidad calorífica específica? Esos dos términos juntos le dan capacidad de calor volumétrico (VHC, cuánto calor debe agregarse para elevar un volumen de unidad un grado). Si un material tiene un VHC muy bajo, muy poca energía térmica elevará mucho la temperatura. Por el contrario, un material con un VHC alto requerirá mucha energía térmica para elevar la temperatura.

Volvamos al objeto en tu mano. Digamos que tiene una alta conductividad y un bajo VHC (dándole una alta difusividad térmica). Al principio sentirá frío, pero rápidamente aumentará de temperatura hasta que ya no sienta frío. Si, por otro lado, tiene un VHC muy alto y la misma conductividad (dándole una menor difusividad térmica), sentirá frío y continuará sintiéndose frío durante un período de tiempo más largo.

Por lo tanto, creo que la difusividad térmica es la propiedad incorrecta para considerar si un material es “frío al tacto” a pesar de lo que dice la entrada de Wikipedia. Una propiedad más apropiada es probablemente la efusividad térmica.

Creo que la conductividad térmica será más confiable.

Los receptores en el cuerpo humano no poseen la capacidad de medir la temperatura , sino que el cerebro humano puede sentir la cantidad de calor transferido .

Sabemos que la resistencia térmica del aire es mayor que la de los metales porque la resistencia térmica es inversamente proporcional a la conductividad térmica y la conductividad térmica del metal es mayor que la del aire.

Volviendo a la pregunta, cuando tocamos algún material, la tasa de transferencia de calor es inversamente proporcional para la misma diferencia de temperatura. Dado que la diferencia de temperatura es constante, el cerebro detectará el que tiene menor resistencia térmica como el que tiene una mayor tasa de transferencia de calor.

Por lo tanto, según el cerebro humano, el metal transfiere más calor durante el mismo tiempo de contacto. Entonces, el cerebro percibe que la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el metal es mayor que la que existe entre el cuerpo y el aire.

Por lo tanto, el metal está a una temperatura más baja como lo percibe nuestro cerebro. Tenga en cuenta que esta explicación es válida solo después de alcanzar el estado estable.

Si el estado es transitorio, es decir, si la temperatura del material está cambiando con el tiempo, ese es el caso cuando el cuerpo es tocado, el papel de la difusividad también llegará a existir.

Es la difusividad térmica.

La difusividad térmica puede entenderse como la capacidad de una sustancia para difundir calor en sí misma.

Solo para comprender: considere el calor como una cuestión. Si pones una gota de calor sobre un bloque de madera y un bloque de cobre. El bloque de cobre absorberá el calor como una esponja absorbe las gotas de agua. Mientras que el bloque de madera llevará más tiempo. La propiedad en virtud de la cual esto sucede es solo la difusividad térmica.

Ahora, para su consulta, el agua se siente más fría.

Pruebe con un cubo de hielo, un cubo de cobre y un cubo de madera a 0 grados de temperatura. Realmente obtendrá la sensación de conductividad térmica. Los resultados serán más precisos si usa guantes de mano. El uso de guantes de mano eliminará el sesgo psicológico del agua invernal en su mente.

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Las correcciones son apreciadas!

Principalmente, es porque el calor específico del cobre es mucho mayor que el calor específico del aire. Se necesita mucha más energía para calentar un mm ^ 3 de cobre que un mm ^ 3 de aire en un grado. En términos generales, el calor específico a temperatura ambiente es aproximadamente proporcional al número de átomos por mm ^ 3. La conductividad térmica es importante a largo plazo, pero no tanto para el contacto inicial.

Un hecho con el que todos estamos familiarizados es que necesitamos usar un ventilador si queremos enfriar efectivamente algún objeto con aire. La difusión de calor a través del aire, sin brisa, simplemente no transporta bien la energía. Por supuesto, si queremos enfriar el motor de un objeto en movimiento como un automóvil o un avión, ¡entonces no necesitamos un ventilador para crear la brisa!

La difusividad térmica del aire si la función de la conductividad térmica que es más baja que el metal como el cobre, en comparación con el aire que tiene una conductividad térmica muy alta, tiende a una alta transferencia de calor a través del metal que el aire, es por eso que el metal se siente mucho más frío que el cobre. , se prefiere usar acero como aletas para una alta tasa de transferencia de calor.