Waarom voelen metalen koud aan, zelfs als ze op kamertemperatuur zijn?
Antwoord : Dat komt omdat warmte gemakkelijker door metalen stroomt.
Suggestie : Het raadsel is verhelderender als de vraag als volgt wordt geherformuleerd:
“Als een stalen ledikant (goede warmtegeleider) en een houten ledikant (slechte metaalgeleider) beide dezelfde temperatuur hebben, waarom voelt het stalen ledikant dan kouder aan?”
Uitleg : Het is een veel voorkomende misvatting dat onze waarneming van warmte en koude rechtstreeks verband houdt met de temperatuur of het temperatuursverschil tussen ons lichaam en het voorwerp. In werkelijkheid houdt het verband met warmte. Warmte is de stroom van thermische energie. Wanneer warmte ons lichaam binnenstroomt, ervaren wij dit als warmte en wanneer warmte ons lichaam verlaat, ervaren wij dit als koude. Hoe sneller de warmtestroom is, hoe warmer/kouder het aanvoelt. Omdat metalen goede warmtegeleiders zijn, kan warmte gemakkelijk stromen en voelt het dus kouder aan.
Conceptuele achtergrond:
Thermische energie*, temperatuur en warmte** zijn verwante begrippen en het een wordt vaak verkeerd begrepen voor het ander. Een goed begrip van deze begrippen zal helpen om deze vraag te begrijpen.
Thermische energie : Volgens de kinetische theorie van de materie bestaat materie uit een zeer groot aantal deeltjes die atomen/moleculen worden genoemd. Deze atomen/moleculen bewegen in de ruimte, roteren en trillen willekeurig. Er is kinetische energie betrokken bij dergelijke willekeurige bewegingen. De som van de kinetische energieën, verbonden met willekeurige bewegingen, van alle atomen/moleculen waaruit het systeem bestaat, wordt Thermische Energie genoemd.
Temperatuur : Aangezien atomen/moleculen met elkaar in botsing komen, is er altijd overdracht van kinetische energie van de een op de ander. Sommige bewegen snel, andere langzaam enz. De snelheid, en dus de kinetische energie, van een atoom/molecule is een willekeurige variabele die onvoorspelbaar verandert met de tijd. Men kan echter een gemiddelde waarde voor de snelheid bepalen. Temperatuur is gerelateerd aan de gemiddelde kinetische energie die met dergelijke willekeurige bewegingen gepaard gaat. Zij kan worden gezien als een concentratie van thermische energie. Waar de thermische energie meer geconcentreerd is, is de temperatuur hoog en omgekeerd.
Warmte : Wanneer de concentratie van thermische energie verschilt van het ene punt naar het andere, is er een stroom van thermische energie van gebieden waar deze meer geconcentreerd is (hogere temperatuur) naar gebieden waar deze minder geconcentreerd is (lage temperatuur). Warmte is de stroom van thermische energie. De stroom van thermische energie stopt wanneer de concentratie van thermische energie (Temperatuur) gehomogeniseerd is. Wanneer een systeem deze toestand bereikt, wordt gezegd dat het een thermisch evenwicht heeft bereikt. Zolang er temperatuurverschil is, zal er thermische energie stromen. Onze waarneming van warmte en koude is gerelateerd aan warmte.