Gehen Sie in einen Raum, in dem Sie eine Stahlstange und einen Holzstab finden, berühren Sie beide und Sie werden feststellen, dass sich die Stahlstange kälter anfühlt. Auf den ersten Blick macht dies keinen Sinn, da sich sowohl der Riegel als auch der Stick im selben Raum befinden, also müssen sie die gleiche Temperatur haben. Berücksichtigen Sie jedoch die Wärmeleitfähigkeiten der beiden Materialien, und das Phänomen scheint nicht so mysteriös zu sein. Stahl leitet Wärme etwa 500-mal schneller aus den Fingern ab als Holz. Übrigens, wenn Sie die Stange aufsetzen und in die Sonne stecken, werden Sie feststellen, dass der Stahl schnell zu heiß zum Anfassen wird, das Holz jedoch nicht. Dafür verantwortlich ist wiederum der Unterschied in ihrer Wärmeleitfähigkeit.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Stahl hat eine Wärmeleitfähigkeit von 50,2 W/mK, während die von Holz höchstens 0,12 W/mK beträgt. Deshalb fühlt sich Stahl bei gleicher Temperatur kälter an als Holz.
Finger interpretieren Wärmeverlust als Kälte
Wenn Sie ein Objekt berühren, das eine niedrigere Temperatur als Ihre Finger hat, fühlt sich das Objekt kalt an, weil Wärme durch Ihre Finger in das Objekt gelangt, nicht weil Kälte in Ihren Körper eindringt. Der Energiefluss geht immer vom heißeren zum kälteren Objekt. Dies gilt sogar für Klimaanlagen. Sie liefern keine kalte Luft. Stattdessen entziehen sie der Luft, die um die Verdunstungsspulen zirkuliert, Wärme. Je höher die Wärmeübertragungsrate, desto kälter fühlt sich ein Objekt an.
Jedes Material hat eine charakteristische Wärmeleitfähigkeit
Die Moleküle in einem Material bei hoher Temperatur haben mehr kinetische Energie als die in einem Material bei niedriger Temperatur, und wenn sich die Materialien berühren, verliert der Körper bei der höheren Temperatur Energie in Form von Hitze. Dies wird als Wärmeleitfähigkeit bezeichnet, und die Geschwindigkeit, mit der dies geschieht, ist proportional zur Querschnittsfläche und der Temperaturdifferenz und umgekehrt proportional zur Materialdicke. Sie ist auch proportional zu einer Konstanten namens Wärmeleitfähigkeit (k), die für jedes Material charakteristisch ist.
Wissenschaftler haben die Wärmeleitfähigkeiten für die meisten alltäglichen Materialien gemessen und tabellarisch dargestellt. Im MKS-Messsystem werden sie in Watt/Meter-Grad Kelvin (W/mK) angegeben. Sie können sie auch in anderen Einheiten wie Btu/(hr⋅ft .)2⋅F) (Britische Wärmeeinheiten/Stunde-Fuß-Grad Fahrenheit).
Die Wärmeleitfähigkeit hängt mit der elektrischen Leitfähigkeit zusammen. Die meisten Materialien, die Wärme gut leiten, leiten auch Strom gleich gut, und Wärmeisolatoren sind ebenfalls gute elektrische Isolatoren. Ausnahme ist Diamant, der eine höhere Wärmeleitfähigkeit hat als jedes Metall, aber aufgrund seiner dichten Gitterstruktur keinen Strom leitet.
Wärmeleitfähigkeiten von Stahl und Holz
Die Wärmeleitfähigkeit von Stahl beträgt 50,2 W/mK, die von Holz je nach Holzart, Dichte und Feuchtigkeitsgehalt zwischen 0,12 und 0,04 W/mK. Selbst der wärmeleitfähigste Holzstab überträgt die Wärme etwa 500-mal langsamer als Stahl. Diese langsame Wärmeübertragung macht Holz zu einem guten Wärmeisolator, gleichauf mit Dämmziegeln und vergleichbar mit Steinwolle und Glasfaserdämmung.
