Entra in una stanza in cui trovi una barra d'acciaio e un bastone di legno, toccali entrambi e scoprirai che la barra d'acciaio sembra più fredda. A prima vista, questo non ha senso perché sia la barra che lo stick sono nella stessa stanza, quindi devono essere alla stessa temperatura. Tuttavia, tieni conto delle conduttività termiche dei due materiali e il fenomeno non sembra così misterioso. L'acciaio conduce il calore dalle dita circa 500 volte più velocemente del legno. A proposito, se metti la barra e ti tieni al sole, noterai che l'acciaio diventa rapidamente troppo caldo per essere toccato mentre il legno no. La differenza nella loro conduttività termica è di nuovo responsabile.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
L'acciaio ha una conducibilità termica di 50,2 W/mK mentre quella del legno non supera 0,12 W/mK. Questo è il motivo per cui l'acciaio è più freddo del legno alla stessa temperatura.
Le dita interpretano la perdita di calore come freddezza
Quando tocchi un oggetto che ha una temperatura inferiore alle tue dita, l'oggetto si sente freddo perché il calore passa attraverso le dita nell'oggetto, non perché il freddo entra nel tuo corpo. Il flusso di energia è sempre dall'oggetto più caldo a quello più freddo. Questo vale anche per i condizionatori. Non forniscono aria fredda. Invece, estraggono calore dall'aria che circola intorno alle serpentine evaporative. Maggiore è la velocità di trasferimento del calore, più freddo è l'oggetto.
Ogni materiale ha una caratteristica conducibilità termica
Le molecole in un materiale ad alta temperatura hanno più energia cinetica di quelle in un materiale a bassa temperatura, e quando i materiali si toccano, il corpo alla temperatura più alta perde energia sotto forma di calore. Questa è chiamata conduttanza termica e la velocità con cui si verifica è proporzionale all'area della sezione trasversale e alla differenza di temperatura e inversamente proporzionale allo spessore del materiale. È anche proporzionale ad una costante chiamata conducibilità termica (k), che è caratteristica per ogni materiale.
Gli scienziati hanno misurato e tabulato le conduttività termiche per la maggior parte dei materiali di uso quotidiano. Nel sistema di misurazione MKS, sono espressi in watt/metro-gradi Kelvin (W/mK). Puoi anche trovarli espressi in altre unità, come Btu/(hr⋅ft2⋅F) (Unità termiche britanniche/ora-piede-grado Fahrenheit).
La conduttività termica è correlata alla conduttività elettrica. La maggior parte dei materiali che conducono bene il calore conducono anche l'elettricità altrettanto bene e anche gli isolanti termici sono buoni isolanti elettrici. L'eccezione è il diamante, che ha una conduttività termica superiore a qualsiasi metallo ma, a causa della sua struttura reticolare densa, non conduce elettricità.
Conducibilità termica di acciaio e legno
La conducibilità termica dell'acciaio è di 50,2 W/mK, quella del legno è compresa tra 0,12 e 0,04 W/mK, a seconda della specie di legno, della sua densità e del suo contenuto di umidità. Anche il bastoncino di legno termicamente più conduttivo trasferisce il calore circa 500 volte più lentamente dell'acciaio. Questa bassa velocità di trasferimento del calore rende il legno un buon isolante termico, proprio come il mattone isolante e paragonabile all'isolamento in lana di roccia e fibra di vetro.