Proč jsou kovy studené, i když mají pokojovou teplotu?
Odpověď : Je to proto, že kovy teplo proudí snadněji.
Návod : Hádanka je poučnější, když otázku přeformulujeme takto:
„Když mají ocelová postýlka (dobrý tepelný vodič) a dřevěná postýlka (špatný kovový vodič) stejnou teplotu, proč je ocelová postýlka pocitově chladnější?“
Vysvětlení : Je běžnou mylnou představou, že naše vnímání tepla a chladu přímo souvisí s teplotou nebo rozdílem teplot mezi naším tělem a předmětem. Ve skutečnosti souvisí s teplem. Teplo je tok tepelné energie . Když teplo proudí do našeho těla, vnímáme ho jako teplo, a když teplo proudí z našeho těla ven, pociťujeme ho jako chlad. Vyšší rychlost tepelného toku teplejší/studenější pociťujeme. Kovy, které jsou dobrými tepelnými vodiči, umožňují snadné proudění tepla, a proto je cítíme chladněji.
Pojmové pozadí:
Tepelná energie*, teplota a teplo** jsou příbuzné pojmy a často se jeden zaměňuje za druhý. Jasné pochopení těchto pojmů pomůže pochopit tuto otázku.
Tepelná energie : Podle kinetické teorie hmoty se hmota skládá z velmi velkého množství částic, které se nazývají atomy/molekuly. Tyto atomy/molekuly se pohybují v prostoru, rotují a náhodně vibrují. S těmito náhodnými pohyby je spojena kinetická energie. Souhrn kinetických energií spojených s náhodnými pohyby všech atomů/molekul, které tvoří systém, se nazývá tepelná energie .
Teplota : Protože se atomy/molekuly navzájem srážejí, dochází vždy k přenosu kinetické energie z jednoho na druhý. Některé se pohybují rychle, zatímco jiné pomalu atd. Rychlost, a tedy i kinetická energie jakéhokoli atomu/molekuly je náhodná veličina, která se s časem nepředvídatelně mění. Lze však definovat průměrnou hodnotu rychlosti. Teplota souvisí s průměrnou kinetickou energií spojenou s takovými náhodnými pohyby. Lze ji chápat jako koncentraci tepelné energie. Tam, kde je tepelná energie koncentrovanější, je teplota vysoká a naopak.
Teplota : Když se koncentrace tepelné energie v jednotlivých bodech liší, dochází k toku tepelné energie z oblastí, kde je koncentrovanější (vyšší teplota), do oblastí, kde je méně koncentrovaná (nízká teplota). Teplo je tok tepelné energie. Tok tepelné energie se zastaví, když se koncentrace tepelné energie (teplota) homogenizuje. Když systém dosáhne tohoto stavu, říká se, že dosáhl tepelné rovnováhy. Dokud bude existovat rozdíl teplot, bude docházet k toku tepelné energie. Naše vnímání tepla a chladu souvisí s teplem.