Цитата:ответы на детские вопросы
Антонина Лукьянова
ПОЧЕМУ ЖЕЛЕЗО ХОЛОДНЕЕ?
Природа устроена так, что почти всё стремится к равновесию. Это касается и температуры. Если не вмешиваться, то от горячих предметов тепло будет перетекать к холодным, и так будет происходить до тех пор, пока их температуры не станут одинаковыми. Мы-то знаем, что тепло - это не жидкость какая-то, чтобы перетекать, это просто так говорится. На самом деле не тепло перетекает, а это молекулы друг друга толкают. В горячем предмете молекулы быстрые, поэтому толкаются сильнее. От толчков быстрых молекул молекулы холодного предмета начинают веселее шевелиться, а быстрые молекулы постепенно тормозятся. Поэтому холодный предмет нагревается, а горячий охлаждается. Но через некоторое время молекулы в обоих предметах станут двигаться примерно одинаково и будут толкать друг друга с равной силой. Это и означает, что температуры сравнялись, наступило тепловое равновесие.
Когда ты в морозный денёк выходишь на улицу, то там тепловое равновесие (или лучше сказать: холодяное равновесие?) уже установилось: у всех предметов на улице одинаковая температура, все они одинаково холодные. Если взять градусник и измерить температуру воздуха, температуру снега, температуру забора и качелей во дворе, то будет видно, что она у всех одинаковая. В природе царит полное равновесие. Но вот если потрогать голой рукой разные предметы, то сразу начинаешь сомневаться в том, что у них одинаковая температура. Зимой железо на улице на ощупь кажется гораздо холоднее, чем дерево. Так, может быть, у них разная температура, хотя кусок дерева и лежит рядом с куском железа? А как же тепловое равновесие?
Дело в том, что как только ты берёшь в руки кусок железа, то ты тем самым равновесие нарушаешь. Ведь у каждого человека внутри - тепловой механизм, он его исправно нагревает до температуры в тридцать шесть градусов. И ещё шесть десятых. А как только ты берёшь голой рукой железо, то ему приходится и эту железяку нагревать. А если берёшь деревянную доску, то приходится доску нагревать. Потому что если их не нагревать, то рука скоро остынет, а это плохо. Наш тепловой механизм изо всех сил старается, чтобы температура внутри была постоянная, ни от чего не зависящая.
Различие в том, что железо отбирает тепло с большей скоростью, чем дерево. Поэтому оно кажется холоднее. Дело в том, что железо - это металл. Главное свойство металлов, которое отличает их от всех других веществ, в том, что у них внутри много свободных электронов. А электроны - это очень маленькие и лёгкие частицы. Молекулы в тысячи раз их тяжелее. Представь-ка себе, как здоровенная молекула твоей горячей руки ударяет по маленькому электрончику. От такого удара электрон полетит с огромной скоростью. Даже сравнение такое есть, очень подходящее к данному случаю: летит, как ошпаренный. Летит он себе в глубь металла, по дороге задевая за атомы и, конечно, раскачивает их. А раз раскачивает, то, значит, нагревает. От таких "ошпаренных" электронов металл прогревается очень быстро.
Совсем по-другому обстоит дело с деревом. Там нет свободных электронов. Все они привязаны к своим местам. Молекулы твоей руки толкают молекулы дерева, которые находятся снаружи. Эти молекулы постепенно раскачиваются всё сильнее и сильнее и начинают толкать своих соседок, которые находятся немного поглубже. Те, раскачавшись, толкают ещё более глубоко расположенных соседок. И так далее. Дело это неторопливое. Тепло очень медленно проникает в дерево, значит, рука остывает тоже медленно, поэтому твоему тепловому механизму не приходится сильно напрягаться. С железом всё совсем не так. Только нагрел руку, как электроны уже "унесли" всё тепло. Опять надо нагревать. Вот именно поэтому железо и кажется холоднее. Но если кусок железа небольшой, то он быстро согреется в твоей ладошке, и тепловой механизм вздохнёт с облегчением: рука перестала остывать, можно и передохнуть.