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 dieťaťa prejavil na prvej hodine termodynamiky. Tam sa totiž 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?
Rozdielny prenos
Predstavte si, že ste v ponorke a prekvapivo pokojný kolega skonštatuje: Hmm, zateká. Vtedy by vás mali zaujímať dve veci. Po prvé, ako ste hlboko, a po druhé, aká veľká je diera v stene ponorky. 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. Keď 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. Je to akoby jedna ponorka mala dieru cez pol boku a druhá len malú prasklinu. Nižší koeficient tepelnej vodivosti znamená, že sa teplo prenáša pomalšie. Rovnováha nastane aj tak, len neskôr.
Rovnaká teplota
Tepelná vodivosť vzduchu má v istých jednotkách (W/m × K) pri teplote 25 °C hodnotu 0,026, voda má 0,606 – to je asi dvadsaťtrikrát 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 asi 0,1, betón približne 1 a napríklad meď až 380. Preto sú bežné medené hrnce a drevené rúčky – jedno dobre teplo vedie, druhé izoluje. Uviedol som, že tepelná vodivosť zodpovedá veľkosti diery v trupe ponorky, no v skutočnosti za ňu zodpovedajú atómy a molekuly v látke a ich interakcie. V prípade plynov dokážeme tepelnú vodivosť spočítať relatívne jednoducho a presne, v prípade kvapalín aspoň približne, no a s tuhými látkami je tento 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 Kováčik
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Viac podobných článkov nájdete na stránke vedator.space.
