鉄と木の冷たさの違いの理由とは？

質問

• 鉄と木を冷蔵庫に長時間一緒に放置した場合、鉄の方が手で触った時に冷たく感じます。これは熱伝導率（熱伝達係数）の違いによるものです。
• 鉄の方が冷たく感じる理由は、触れてから当分の間は鉄に触れている指の表面温度の方が木に触れている指の表面温度よりも小さいためです。つまり、冷たく感じるのはその時の熱の移動量によって決まります。
• 鉄の方が冷たく感じる理由は、鉄に触った方が木に触ったときよりも手の対象物への熱の移動速度が速いためです。感じる冷たさの度合いは指の表面温度そのものよりも、手の熱の移動速度によって決まります。

回答No.6

okormazd

1は、ヒトに「温度センサがある」ということです。
2は、ヒトに「熱移動速度センサがある」ということです。

ヒトに「温度センサ」があることは常識で、これで「熱い/冷たい」を感じます。
ヒトに「熱移動速度センサ」があるということは、聞いたことがありません。また、あったとしてもこれで「熱い/冷たい」の感覚を生じさせるものではではないでしょう。「熱い/冷たい」は「温度センサ」で十分で、「熱移動速度センサ」が必要な理由が見つかりません。「熱移動速度センサ」があるとすれば、それは別の感覚を生じなければ意味ないのです。

鉄に接触したときと、木に接触したときの温度感覚の違いは、それぞれの接触面の温度の違いによることはあきらかです。

接触当初、接触面の温度は熱伝導率の大きいものに接触したほうが低くなることは、計算で求められます。面倒だから計算式は書かないが、それが欲しいいうことであれば改めて質問してください。

十分時間がたった後では、鉄や木からの放熱の影響が大きくなるので、熱伝導率の影響は小さくなります。
鉄と木の形状が等しければ(熱伝達による)放熱量も等しくなるので、接触面の温度も等しくなるはずです。そうすると、両者での温度感覚は同じになるはずですが、金属は冷たく感じるという先入観で鉄の方を冷たいと感じるかもしれません。

もう1度言いますが、ヒトには「温度センサ」はあるが、「熱移動速度センサ」はないでしょう。

補足

非常にわかりやすいご回答ありがとうございます。

ただ、1点気になっていることがあります。

例えば、それぞれの材料に触れる前の指の表面温度がT0であるとします。また材料の温度はそれぞれ同一でTmであり、T0>Tmとします。

そのとき、鉄に指を触れると、直後に指の表面温度が低くなるので、冷たく感じますよね。そのときの指の表面温度をT1とします。

そして、そのままずっと触ったままでいると、指の表面温度がT2になったとします。

そうすると、指の表面温度は、T0→T1→→T2の順に変化し、温度の大小関係はT0>T1>T2ですよね。

もう一度書きますが、この場合、指の表面温度がT1の場合、冷たく感じていますよね。

では次に、木の場合で考えてみます。

木に触れる前の手の表面温度は、最初に記述したように、T0です。そしてずっと触っていると、（熱伝導率が小さいのでじょじょにですが）指の表面温度がゆっくりと低下していき、やがては、T2の温度に近づくと思います。

そうすると、木を触った直後は冷たく感じなくても、ずっと触っていればT2に近づくということは、木に長い間触れた指の表面温度は、鉄を触れた直後に冷たく感じたときの指の表面温度であるT1より、いずれは低くなるということですよね。

木をずっと触っているとT1以下になるにも関わらず、冷たく感じないのは何故なのでしょうか？

もしかしたら、そもそも、木をずっと触ってもT1以下にならないのでしょうか？そうすると、鉄を触った瞬間に奪われる指の熱量よりも、木をずっと触ってて奪われた指の熱量の方がはるかに小さいということでしょうか？

”鉄を触った瞬間に奪われる指の熱量よりも、木を触ってから大分時間が経ったときに奪われた熱量の方がだいぶ小さい”ということが、どうしても不思議でならないです。