熱い感覚

質問

暑い部屋（例えばサウナ）に金属を置いておくと熱くて触れません。
しかし、短時間であれば部屋の中でも過ごせます。
何故でしょうか？

金属温度が周囲の温度よりも高くなるとは思えないんですが・・。

回答No.9

noname#21220

では、熱容量：熱がどれだけ同じ温度の空気と
金属に蓄えられているのか、粗く計算してみることにします。(♯4を使わせてもらいます)
まず、サウナ部屋の体積が3×3×3=27[m^3]と仮定させてもらい、空気の分子量が窒素4:酸素1として
4/5*28＋1/5*32=28.8
よって、サウナ部屋には
空気が計：27*10^3/22.4≒10^3mol存在します。
だから、サウナ部屋の空気の質量＝28.8*10^3[g]
より、例えば0～100℃まで上げるのに必要な熱量は
、mcΔt=1.4*28.8*10^3*100≒4*10^6[J]
これに対し、鉄を100g用意します。100gでも熱いでしょうから。
鉄のmcΔt=10^2*0.5*100=5*10^5[J]となり、鉄の方が
小さくなりました。

ただ、サウナにある空気が全て、熱量を受け渡すかと言うと、最終的には熱は高いところから低いところに行くから人体に流れると思いますが、流れる効率の問題が出てくるから全ての空気の熱量が反映されるわけでもないと思います。だから、熱さに反映する熱量が空気の方が大きいともいえないでしょうね。

ただ、ドライヤーを当てていても、髪の毛は焼けますからやっぱり空気の方が大きいのではないか、とも
言いたくなります。ところが、長時間当てていた場合
にヤケドしますから、皮膚にぶつかった総量が単に
多いからとも反論できそうです。

と、ここまできて思い当たったのが、熱い金属には
一瞬触れるだけでも熱いと感じると言うことです。
つまり、単位時間当たりに、単位面積の皮膚に流れ込む熱量が大きいと言うことです。熱の伝達の効率の問題かもしれませんね

回答No.8

Alpinia120

「ヤカンから吹き出す湯気は熱くて、ずっと手を出していると火傷をします。」
とのご指摘がありました。
湯気は空気ではなく水ですから熱容量が大きく蓄えられている熱量が多いのでやけどするのは当然です。矛盾することではありません。

septimusさんの言われる汗が蒸発するときに皮膚から気化熱を奪って体温を下げる効果を否定するものではありません。
気化熱を奪うメカニズムが働いていることも事実です。
しかしどちらの効果が大きく影響しているかの問題です。

ヤカンから吹き出す湯気の変わりに９０～１００度の空気（風）をずっと手に吹当て続けてもやかんの湯気のような火傷をしません。サウナのなかで“うちわ“を扇いで自分の体に風を送り続ければわかります。扇がないときよりは熱くなりますが、やかんの湯気に手を当てたときのようなやけどはしません。

サウナに入って身体の一部分を常にタオルで汗をぬぐい続けて汗をかいている部分との熱さの感じ方の違いを検証してみることも必要でしょう。
ちなみに私はやったことがありますが、気化熱の効果を認知する前に汗を書いた部分が玉の汗になってしまい、汗の熱量による効果が勝ってかえって熱くなってしまいました。常に気化しやすい状態の汗を皮膚に残す実験方法を考える必要がありそうです。

金属と空気の比較でしたが、そこに水（湯気）が出揃いました。
その違いは何なのかを検討すれば答えが出るものと思います。
私が思うには熱容量、熱量による違いが一番大きく影響していると考えます。

回答No.7

noname#21220

どうでしょうかね...
ヤカンから吹き出す湯気は熱くて、ずっと手を出していると火傷をします。だから、比熱×質量=熱容量が
金属より小さい、と言うことが原因でもないと思います。
サウナで火傷しないのは、人体から出る汗の気化熱によるものです。サウナに入っていると、絶えず汗が
出てきますが(感じないとしても出ているのですが),
その汗を蒸発させるのに熱が使われるので、
皮膚が熱せられるのを防いでいるのです。
ヤカンの湯気のようにあまり、高温かつ急激だと、汗が追いつかないから熱くなるのです。

回答No.6

Alpinia120

ＮＯ５です。
ＮＯ５（自分の回答）について訂正を入れさせてください。
回答の中で「熱容量」と「熱量」を混同しておりました。

熱容量は対象とする物質の温度を１度上昇させるのに必要な熱量です。

空気と金属を考えるとき
同じ熱量を受け取っても空気の温度上昇は大きく、金属の温度上昇は小さいのです。それは熱容量が異なるからです。

９０度の空気と９０度の金属に手を触れたとき
皮膚が受け取る熱量は空気から受け取る熱量は金属から受け取る熱量より少なくなります。空気と金属は温度は同じでもそれぞれが持っている熱量が異なるからです。（厳密にはそれぞれの質量などを加味して考えなければいけませんが・・）

空気からは少量の熱量しか受け取らないのでやけどをしませんが金属からはたくさんの熱量を受け取ることになるのでやけどをしてしまいます。

warasubo1さんの回答の事例についても熱容量の定義を踏まえて読むとおっしゃりたいことが良くわかります。

回答No.5

Alpinia120

warasubo1さんをサポートします。
熱容量（比熱）の
（比熱）
は蛇足です。
というよりも熱容量＝比熱ではありません。
熱容量は比熱と質量を掛け算したものに比例するものです。

（比熱）を書かなければwarasubo1さんのおっしゃるとおりです。
比熱は空気の方が大きいけれど熱容量は空気の方が小さいのです。
金属に比べれば空気は軽いから、比熱と質量を掛け算した量は空気が小さくなります。

比熱の大小が原因として説明しようとするとPowerznmaxさんのご指摘どおり、おかしなことになってしまいます。

回答No.4

Powerznmax

warasubo1に反論します。
空気比熱＝1.4
金属＝0.4-0.5
空気と金属では金属の方が空気よりも熱容量が小さいです。
---------------------------------------------
構造が違うので、熱（電子）の伝わる早さが違うからです

回答No.3

mermaid2004

熱く感じるかどうかは　その物質より、一定時間に人体に伝わる熱量の大きさで決まります。熱量の大きさ、例えば空気と水を同じ１L量を５０℃上げるのはどちらが熱量が必要ですか、水をなべに入れガスコンロで加熱し、時間を要しますが、空気は空焚き状態で瞬時に温度が上がります、水の温度が上がり難いのは空気に比べ熱容量が大きい為です。又　水は熱伝導率も大きく、人体に対し短時間で大熱量が伝わり熱く感じます。金属も同様で空気に比べ熱容量と熱伝導度が遥かに大きい為です

回答No.2

warasubo1

熱容量（比熱）の違いからくるものと考えます。
たとえば８００℃程度のものとして、タバコの火と火山から流れ出た溶岩を比較すると、同程度の温度ですが、タバコの火を皮膚に押し付けても大した火傷になりませんが、溶岩の中に落ちると骨まで解けてしまいます。溶岩は石ですから相当に熱容量が大きいのです。
「焼け石に水」という言葉がありますが、これは石の熱容量が水に比較して著しく大きいことを言っているものです。
空気と金属では金属の方が空気よりも熱容量が大きいわけです。

回答No.1

zaki_shin

接触面積（または密度）の違いとか？
空気は金属に比べて格段に密度が薄いので、実は体にあまり熱が伝わっていないから。

すいません。思いつきです。