19. januára 2021
Studené drevo

Prečo nie je studené drevo studené?

„Nesadaj si na ten chladný betón, prechladneš! Sadni si na lavičku.“ Takúto vetu si vypočulo aspoň raz asi každé dieťa. Dobre mierená rada však mohla viesť k zmätku, ktorý sa v hlave dieťata prejavil na prvej hodine termodynamiky. Tam sa totiž od pani profesorky dozvedelo, že teplota telies sa pri kontakte vyrovnáva.

Drevená lavička má teda rovnakú teplotu, ako betónová kocka či kovové zábradlie pri nej. Prečo to cítime inak?

Ak ste v ponorke a prekvapivo pokojný kolega vám prezradí, že: „Hmm, zateká,“ tak vás zaujímajú dve veci. Po prvé, ako ste hlboko a po druhé, aká veľká je diera. Čím ste hlbšie, tým je väčší rozdiel tlakov a tým sa voda dnu tlačí silnejšie. No a čím je diera väčšia, tým viac sa jej to darí.

Vedenie tepla sa správa podobne: závisí od rozdielu teplôt a od niečoho, čo voláme koeficient tepelnej vodivosti. Čím väčší je rozdiel teplôt, tým rýchlejšie sa teplo prenáša. Ak sa dlaňou chytíte železa s teplotou 40˚C, je prenos tepla len veľmi pomalý. Ako sa dlaň ohrieva, rozdiel sa zmenšuje a prenos spomaľuje. Ak sa však chytíte železa, ktoré má 140˚C, prenos je rýchly, za zlomok sekundy máte problém.

Keď sa jednou rukou chytíte 40˚C železa a druhou 40˚C dreva, máte pocit, že drevo je chladnejšie. Rozdiel teplôt medzi rukou a materiálom je rovnaký, rozdielny je však koeficient tepelnej vodivosti – železo prenáša teplo ľahko a drevo ťažko. Jedna ponorka má dieru cez pol boku, druhá len malú prasklinu. Nižší koeficient tepelnej vodivosti znamená, že sa teplo prenáša pomalšie. Rovnováha nastane aj tak, akurát neskôr.

Tepelná vodivosť vzduchu má v istých jednotkách (W/m×K) hodnotu 0.026, voda má 0.69 – to je asi dvadsaťpäťkrát viac. Preto na studenom vzduchu vydržíme pomerne dlho, no v studenej vode zvládajú aj skúsení otužilci len niekoľko minút. Drevo má, v závislosti od vlhkosti, koeficient tepelnej vodivosti cca 0.1, betón cca 1 a napríklad meď až 380. Preto vidíte v kuchyni medené hrnce a drevené rúčky – jedno dobre teplo vedie, druhé izoluje.

Povedal som, že tepelná vodivosť odpovedá veľkosti diery v trupe ponorky, no v skutočnosti sú za ňu zodpovedajú atómy a molekuly v látke a ich interakcie. V prípade plynov vieme tepelnú vodivosť spočítať relatívne jednoducho a presne, v prípade kvapalín aspoň približne no a s tuhými látkami je to proces zložitejší – nie však nezvládnuteľný.

Studené drevo je teda rovnako studené, ako jeho okolie. Kvôli nízkej tepelnej vodivosti to však necítime – naše ruky (či zadky) chladí pomalšie. Mimochodom, podobný efekt využívajú aj jogíni kráčajúci po rozpálených drevených uhlíkoch. Po rovnako rozpálenej medi by si to asi netrúfli.  

[Samuel]

PS: S chladením a ohrievaním rôznymi materiálmi je to bežne zložitejšie, úlohu zohráva aj rozdielna tepelná kapacita materiálov, pohyb materiálu (napríklad ak si sadnete na betón, ohrejete si ho, no ak dáte ruku do studenej vody, neustále k nej prúdi čerstvo studená voda) či ďalšie efekty (napríklad pri kontakte s veľmi horúcim telesom môže dôjsť k vyparovaniu vody čo vytvorí izolačnú vrstvu, viď Leidenfrostov efekt).

Pridaj komentár