¿Por qué sentimos algunos materiales más frios que otros?

¿Os habéis preguntado alguna vez por qué sentimos algunos materiales más frios que otros? ¿Por qué sentimos más frío cuando tocamos una bandeja de metal que un trozo de madera, si los dos están a temperatura ambiente? Hoy hablaremos sobre la transferencia de calor y se expondrá un pequeño experimento a modo de ejemplo.

Cuando tocamos un cuerpo con la mano y éste se encuentra a una temperatura diferente a la nuestra, se produce un intercambio de calor. Esta transferencia posee dos factores importantes. El primero, es que el cuerpo que tocamos posea una temperatura diferente a la nuestra: una taza de café caliente, un trozo de hielo, etc. El segundo es debido al paso de calor de un cuerpo a otro.

No obstante, no todos los cuerpos dejan pasar el calor con la misma facilidad. Igual que hablamos de conductores eléctricos, hablamos de conductividad térmica, que se define como la propiedad física de un material que mide su capacidad para conducir el calor. De esta forma hay materiales con una alta conductividad térmica (plata, cobre, aluminio, etc.) y otros con una conductividad térmica muy baja (madera o amianto).

Podéis comprobar este efecto si sostenéis una barra de metal por un extremo y lo calentáis por el otro. Rápidamente el calor se propagará desde un extremo, hacia el otro. Sin embargo, si realizais el mismo experimento con una barra de madera, observaréis cómo el extremo que sujeta la mano no se calienta. De hecho, por eso podemos sostener una antorcha de madera.

La conducción térmica en un material, está determinada por la ley de Fourier, y establece que la transferencia de calor en una dirección (en nuestro ejemplo, de un extremo de la barra hacia el otro), es proporcional al material, al área y al gradiente de temperatura. La expresión que regula el flujo de calor es la siguiente

donde la derivada de Q es la tasa de flujo de calor que atraviesa el área A, en la dirección x, k es la conductividad térmica del material, y T es la temperatura.

Volviendo a nuestro caso, ¿por qué notamos unos materiales más frios que otros cuando lo tocamos? Cuando apoyamos los dedos de la mano sobre un material a una temperatura diferente de la nuestra, se producirá un intercambio de calor. Éste intercambio dependerá de la diferencia de temperatura entre ambos cuerpos, por lo que a priori, no debería haber diferencia en tocar un trozo de madera a temperatura ambiente o un trozo de marmol. Sin embargo, sabemos que no es así. El marmol lo notamos más frío.

Esto es debido a que el marmol es mejor conductor térmico que la madera. De esta forma, el calor en la superficie que tocamos con los dedos se transmite a lo largo del marmol, y al seguir “fría” la zona que está en contacto con nuestros dedos, continuamos perdiendo calor.

Cuando tocamos la madera, al no ser buena conductora, el calor se mantiene en la superficie que está en contacto con nuestros dedos, y éste no se propaga a lo largo del material.

Para observar este fenómeno os invito a colocar dos cubitos de hielo, aproximadamente del mismo tamaño, sobre dos superficies distintas. Por ejemplo, una bandeja de metal y una bandeja de madera. Al cabo de un rato, veréis como el trozo de hielo que se encuentra situado en la bandeja de metal se derrite más rápido que el que está situado sobre la madera, ya que el metal ha conducido el “frío” del hielo a lo largo de la bandeja.