Коротко — из-за различной скорости отвода тепла от кожи: предметы с большей теплопроводностью и тепловой «инерцией» отводят тепло из кожи быстрее, поэтому кажутся холоднее при той же температуре.
Физика и формулы:
- Закон теплопроводности (локально): $q=-k\nabla T$, где $q$ — плотность теплового потока, $k$ — теплопроводность. Чем больше $k$, тем больший тепловой поток при данном градиенте температуры.
- Важнейшая характеристика при контакте — тепловая «эффузивность» $e=\sqrt{k\rho c}$, где $\rho$ — плотность, $c$ — удельная теплоёмкость. Эффузивность отражает способность материала принимать или отдавать тепловую энергию в поверхностном контакте.
- При касании двух полупространств начальная температура на границе равна (взвешенное средней по эффекту): $T_{\text{конт}}=\frac{e_1{T}_1+e_2{T}_2}{e_1+e_2}$. Если $e_{\text{предмет}}\gg e_{\text{кожа}}$, контактная температура ближе к температуре предмета и тепло от кожи уходит интенсивнее.
Последствия для ощущения:
- Металл обычно имеет значительно больший $k$ и большую $e$ по сравнению с деревом, поэтому при контакте из кожи отводится больше тепла в единицу времени → более быстрое охлаждение кожи → сильнее активируются терморецепторы «холода» → предмет кажется холоднее.
- Тепловая ёмкость и объём предмета определяют, насколько долго предмет сможет отводить тепло без заметного повышения своей поверхностной температуры: большая тепловая масса поддерживает длительный отвод тепла.
- Также важны тепловое сопротивление контакта (шероховатость, слоя воздуха между поверхностями) и конвективно-лучистые потоки, но при непосредственном прикосновении доминирует проводимый теплоперенос и эффект эффузивности.
Вывод: ощущение «холоднее» напрямую связано с большей теплопроводностью и эффузивностью металла — он отводит тепло от кожи быстрее, чем дерево, даже если оба имеют одинаковую температуру.