Почему я могу коснуться алюминиевой фольги в духовке и не обжечься?

Вы обожгетесь, потому что энергия передается от горячего предмета к вашей руке до тех пор, пока они оба не достигнут одинаковой температуры. Чем больше энергии передается, тем больше урона наносится вам.

Алюминий, как и большинство металлов, имеет меньшую теплоемкость, чем вода (т.е. вы), поэтому передача небольшого количества энергии снижает температуру алюминия больше, чем нагревает вас (примерно в 5 раз сильнее). Далее, масса алюминиевой фольги очень мала — металла, способного удерживать тепло, не так много, и, наконец, фольга, вероятно, сморщена, поэтому, хотя она является хорошим проводником тепла, вы касаетесь лишь очень небольшой части площади поверхности. поэтому поток тепла к вам низкий.

Если вы положите руку на алюминиевый блок двигателя при той же температуре, вы обожжетесь.

То же самое относится и к искрам от дробилки или фейерверка: искры достаточно горячие, чтобы быть расплавленным железом, но они настолько малы, что содержат очень мало энергии.

Хотя это правда, что разница в удельной теплоемкости дает вам преимущество, ее эффект действительно ничтожно мал по сравнению с разницей в массе. Типичная алюминиевая фольга имеет толщину 0,016 мм и весит 0,043 кг/м², в то время как человеческая кожа имеет толщину около 1,3 мм (и даже толще на ладонях/пальцах) и весит около 1,3 кг/м² при плотности 1000 кг/м³.

Таким образом, есть примерно 30-кратная разница в массе, умноженная на 5-кратную разницу в удельной теплоемкости.

Здесь речь идет об удельной теплоемкости. Поток тепла основан на температуре, и хотя это может показаться довольно очевидным утверждением, здесь необходимо провести важные различия.

Обычно говорят, что температура переходит от горячего к холодному. На самом деле это означает, что тепловая энергия течет от более высокой температуры к более низкой температуре. Но опять же, почему различие между теплом и температурой?

Ну, потому что это не одно и то же, они неразрывно связаны, но это не одно и то же. Тепловая энергия, хранящаяся в объекте, зависит от материала объекта. Вот почему осенью люди занимаются серфингом — вода требует больше энергии для повышения температуры, чем окружающая среда, поэтому даже когда воздух холодный, вода все еще относительно теплая, а летом она еще не нагревается. тела в основном состоят из воды, повышение температуры которой требует гораздо больше энергии, чем алюминий (в 5 раз больше было указано в двух предыдущих ответах - я думал, что это было ближе к 6 раз, но без поиска в Google это остается в силе).

Эффект, ответственный за это, известен как удельная теплоемкость, количество энергии, необходимое для повышения температуры данной массы данного материала на определенную величину:

Что касается запутанных символов, эта формула работает довольно хорошо. Скорее, чем$θ$будучи углом, это изменение температуры.$c$, а не скорость света, является удельной теплоемкостью, а$E$иногда пишется$Q$...

Однако эта формула показывает нам, что ваша алюминиевая фольга, хотя и имеет высокую температуру, на самом деле не имеет большого количества тепловой энергии внутри нее.$θ$срок может быть высоким, но$m$и$c$условия оба низкие.

Затем эта энергия передается вашей руке в течение определенного периода времени, пока они не достигнут теплового равновесия (одинаковая температура, не одинаковая энергия). По мере того, как ваша рука поглощает энергию, на каждый градус повышения температуры фольга будет уменьшаться на 6 градусов.

Становимся более педантичными, но это тоже не произойдет мгновенно (и технически это почти диффузионный процесс - иногда моделируемый как перенос фононов тепла - и поэтому никогда не может быть завершен), так что добавим к тому, что фольга имеет низкая масса (и, следовательно, низкое тепловыделение), а также тот факт, что распределение тепла будет препятствовать тому, чтобы все тепло попадало в вашу руку, и добавленный к тому факту, что даже если все тепло действительно пойдет в вашу руку, ваша рука имеет большую ценность для$c$будет означать, что изменение температуры вашей руки намного меньше, чем потеря температуры фольги, процесс также не передаст всю энергию для достижения равновесия, и у вас наверняка будет достаточно времени, чтобы убрать руку (тем более, что если вы ждали так долго, духовка сама начала нагревать вашу руку, и вы, возможно, действительно захотите ее убрать).

Достаточно сказать, что с алюминиевой фольгой вы должны чувствовать себя в полной безопасности!

PS Мои общие знания были неверны, это примерно в 5 раз больше (на самом деле, немного меньше), в основном замените все «6» на «5».

Различают три категории теплопередачи:

Конвекция и перенос излучения происходят по всей площади (с обеих сторон!) алюминиевой фольги, в то время как проводимость происходит только по той области, к которой прикасаются ваши пальцы. Предполагая, что фольга имеет размер буквы А4 ($≈ 1250\mathrm{cm}^2$), а площадь контакта$10\mathrm{cm}^2$, отношение больше 100.

Фольга быстро остывает, как только духовка открыта (и тем более, когда ее вынимают из духовки), потому что ее соотношение A/V велико. Во-первых, не так много энергии для передачи (как уже упоминалось, фольга очень тонкая), и она в основном течет в окружающую среду, а не в вашу руку.

Вот еще пример:

Стружка , выходящая из измельчителя, намного горячее, чем ваша фольга (они светятся ), но прикасаться к ним не больно, потому что они не обладают большой массой или энергией.

Противоположным примером может быть погружение руки в горячую воду. Это может быть намного холоднее, чем алюминиевая фольга, но все равно будет болезненно при температуре выше 50°C. Вода имеет высокую плотность, высокую теплоемкость и не будет остывать очень быстро, потому что она ненамного горячее окружающей среды.