Hoe is het mogelijk dat water en staal een lagere temperatuur hebben dan de omgevingstemperatuur?

Question

Ik heb een thermometer langdurig in een bak met water gelegd en water voelt niet alleen frisser aan, maar is het ook echt. Er zit een temperatuurverschil in van ongeveer 1 Kelvin. Hoe kan dat? Je zou toch verwachten dat water dezelfde temperatuur krijgt als de omgeving waarin het zich bevindt. Ook voelt een verwarming die uitstaat kouder aan dan de thermometer in de omgeving aangeeft.

Cryofiel · Accepted Answer

De reden dat water kouder is dan de omgeving, is een heel andere reden dan de reden dat staal kouder aanvoelt dan de omgeving.

Ik zal dus op beide deelvragen apart antwoorden.

--

Water is echt kouder dan de omgeving. Je thermometer geeft dat aan.

Nu geldt dit natuurlijk al snel wanneer je koud kraanwater neemt: dat water is afgekoeld in de leidingen in de koude buitengrond, dus het is kouder dan de binnentemperatuur.

Maar ook al laat je water nog zo lang staan, of verwarm je het zelfs tot de binnentemperatuur van 20 °C: als je het daarna laat staan, koelt het toch weer af.

De reden is dat water verdampt. Bij verdamping ontsnappen moleculen vanaf de bovenste laag, dus direct aan het wateroppervlak, naar de lucht.

Nu hebben de moleculen die toevallig de grootste snelheid hebben, de grootste kans om te ontsnappen. De snelste moleculen ontsnappen dus, de langzamere blijven achter.

Aangezien temperatuur niets anders is dan de gemiddelde snelheid van alle moleculen, daalt hierdoor de temperatuur van het achtergebleven water. Dit is dus een *echte* temperatuurdaling, die je met een thermometer kunt meten.

(Overigens is dit precies de reden dat wij zweten: het verdampende water koelt het lichaam.)

--

Staal is in werkelijkheid *niet* kouder dan de omgeving. Met een thermometer zul je dan ook meten dat staal dat in je huiskamer (20 °C) ligt, dezelfde temperatuur zal aannemen als de omgeving: eveneens 20 °C dus.

Toch voelt staal kouder aan.

Dat komt doordat staal een goede warmtegeleider is. Jouw hand is warm (de huidtemperatuur is iets lager dan de lichaamstemperatuur; laten we zeggen ongeveer 34 °C). Leg jij je hand op een stuk hout (een slechte warmtegeleider), dan warmt jouw hand de oppervlakte van het hout snel op tot diezelfde 34 °C. Je voelt dus hout dat op dat ene plekje 34 °C is, en dat voelt voor jou neutraal aan.

Leg je je hand echte rop staal, dan zal het staal de handwarmte direct wegleiden. Het staal zal hooguit minimaal opwarmen - laten we zeggen 21 °C op de plek waar jij voelt. Bij staal voel je dus een temperatuur van 21 °C, in plaats van de 34 °C die je bij hout voelde. Staal voelt daardoor voor jou koud aan.

 · Answer

De mate van geleiding van een bepaalde stof bepaalt hoe warm of koud een stof aanvoelt. Warmte is een vorm van energie. Wat wij als warmte ervaren, zijn in feite hele snelle trillingen van atomen. Hoe sneller deze atomen trillen, hoe warmer een voorwerp is.

Sommige stoffen, zoals water en ijzer, geleiden warmte erg goed. Stoffen met een goede geleiding kunnen warmte dus gemakkelijk aan andere stoffen doorgeven. Isolerende stoffen geleiden daarentegen vrijwel geen warmte. Deze isolerende stoffen houden de warmte hierdoor op hun originele plek. Isolerende stoffen zoals glaswol en piepschuim worden dan ook wel gebruikt om huizen te isoleren.

Als je een goed geleidende stof aanraakt, voelt deze vaak koud aan. Bij goed geleidende stoffen wordt de warmte van je hand namelijk aan de geleidende stof doorgegeven. Je hand koelt meteen af doordat de warmte wordt doorgegeven en de stof voelt dan koel aan. Geleidende stoffen onttrekken dus als het ware de warmte uit je hand. Als je een slecht geleidende stof aanraakt, wordt de warmte niet doorgegeven en blijft dus in je hand. Wat jij dan als warm hout ervaart is dus gewoon de warmte in je eigen hand.

Dus metaal voelt alleen koud aan als de temperatuur van de stof onder de 34°C ligt. Met een temperatuur daarboven voelt een metalen voorwerp al snel warm aan. Het metalen voorwerp gaat nu namelijk warmte aan je hand afgeven. Een voorwerp dat erg warm is, kan veel meer warmte afgeven dan een voorwerp dat niet zo warm is.

 · Answer

Het koele water zou eventueel verklaard kunnen worden door verdamping: verdamping onttrekt warmte.
Je zou dat kunnen controleren door een thermometer in een gesloten watercontainer te zetten zodat er na verloop van tijd geen verdamping meer kan optreden.
(Bijvoorbeeld een thermometer in een gesloten fles met een laag water)

Metaal zal zeker niet kouder zijn dan de omgeving. Het zal wel koud aanvoelen omdat het warmte goed geleidt en daarom warmte aan je hand onttrekt. Met een thermometer zul je geen verschil meten.

Hoe is het mogelijk dat water en staal een lagere temperatuur hebben dan de omgevingstemperatuur?

Het beste antwoord

Andere antwoorden (2)

Bekijk alle vragen in deze categorieën: