Sàn gạch và tấm thảm trong cùng một phòng có cùng nhiệt độ, bạn đặt nhiệt kế lên sẽ thấy như nhau. Sàn gạch thấy lạnh hơn vì gạch dẫn nhiệt nhanh hơn thảm rất nhiều, nó kéo hơi ấm ra khỏi bàn chân với tốc độ lớn. Da mình không đo nhiệt độ của vật, mà cảm nhận nhiệt đang rời khỏi cơ thể nhanh hay chậm.
Chào bạn, đây là Nhà Khoa Học. Sáng mùa đông ở miền Bắc, bước chân trần từ tấm thảm xuống nền gạch là cảm giác ai cũng biết. Tập này mình giải thích vì sao cảm giác đó đánh lừa mình, và hiểu được nó thì bạn sẽ thấy lý do đằng sau quai nồi bằng gỗ, ghế đá công viên và cả cái áo len.
Nhiệt độ và cảm giác lạnh là hai chuyện khác nhau
Trong một căn phòng để yên lâu, mọi đồ vật dần có cùng nhiệt độ với không khí: bàn gỗ, cốc sứ, dao kim loại, gối vải. Đây là điều chắc chắn, vì nhiệt luôn chảy từ nơi nóng sang nơi lạnh cho tới khi cân bằng.
Vậy mà khi bạn cầm từng thứ, cảm giác rất khác. Con dao thấy lạnh nhất, cốc sứ lạnh vừa, bàn gỗ hơi mát, gối vải gần như không lạnh. Thứ khác nhau không phải nhiệt độ của chúng, mà là cách chúng lấy nhiệt từ tay bạn.
Cơ thể bạn ấm hơn phòng. Khi da chạm vào một vật mát hơn, nhiệt chảy từ da sang vật. Các đầu dây thần kinh trên da không có nhiệt kế riêng cho từng vật, chúng cảm nhận da đang nguội đi nhanh hay chậm. Nguội nhanh thì não báo lạnh, nguội chậm thì báo ấm.
Nên câu sàn gạch lạnh hơn thảm thật ra phải nói là: sàn gạch làm chân mình nguội nhanh hơn thảm.
Dẫn nhiệt: vì sao kim loại và gạch lấy nhiệt nhanh?
Nhiệt đi qua vật liệu theo nhiều cách, và trong vật rắn, cách chính là dẫn nhiệt: các phân tử nóng rung mạnh, va vào hàng xóm, truyền dần sự rung đó đi. Trong kim loại, còn có những điện tử tự do chạy khắp nơi, mang nhiệt đi rất nhanh. Vì vậy kim loại dẫn nhiệt cực tốt.
Gạch, đá, sứ dẫn nhiệt kém kim loại nhưng vẫn tốt hơn gỗ và hơn hẳn vải. Khi chân bạn đặt lên gạch, nhiệt từ lớp da tiếp xúc được gạch chuyển đi nhanh vào sâu bên trong viên gạch, nên lớp mặt gạch chỗ chạm vẫn lạnh, tiếp tục hút nhiệt.
Thảm thì khác. Sợi vải dẫn nhiệt kém, và giữa các sợi còn đầy không khí, mà không khí đứng yên là một chất cách nhiệt rất tốt. Chỉ một lát sau khi chân chạm vào, lớp thảm ngay dưới chân đã ấm lên gần bằng da, và nhiệt ngừng chảy ra nhanh. Bạn thấy ấm.
Gỗ ở giữa hai thứ đó, vì vậy sàn gỗ cho cảm giác dễ chịu hơn sàn gạch vào mùa lạnh.
Mùa hè thì ngược lại: vì sao ghế đá mát và nằm chiếu thấy dễ chịu?
Cũng cơ chế đó, nhưng khi trời nóng, nó trở thành có lợi. Buổi trưa hè, nền gạch trong bóng râm và chiếc ghế đá dưới gốc cây thấy mát rượi, vì chúng kéo nhiệt ra khỏi da nhanh. Nhà xưa lát gạch, nằm chõng tre hay trải chiếu cói, cũng là những lựa chọn hợp với khí hậu nóng.
Nhưng nếu vật đó nóng hơn da, mọi thứ đảo chiều. Ghế đá phơi nắng cả buổi trưa, yên xe máy đậu ngoài nắng, tay nắm cửa kim loại hướng tây buổi chiều đều có thể làm bỏng, vì chúng đổ nhiệt vào da rất nhanh. Một chiếc ghế nhựa phơi cùng chỗ đó thường không nóng rát bằng, dù nhiệt độ gần như nhau.
Đây cũng là lý do người ta có thể thò tay nhanh vào lò nướng đang nóng mà không bị bỏng ngay, nhưng chạm vào khay kim loại trong lò thì bỏng tức thì. Không khí nóng ngang khay, nhưng không khí truyền nhiệt vào da chậm hơn rất nhiều.
Lời khuyên đơn giản: với trẻ nhỏ, cẩn thận những bề mặt kim loại và đá phơi nắng, vì da trẻ mỏng và dễ bỏng hơn người lớn.
Quai nồi bằng gỗ, cốc giấy hai lớp: ứng dụng quanh nhà
Hiểu dẫn nhiệt rồi, bạn nhìn quanh bếp sẽ thấy nó ở khắp nơi. Nồi niêu làm bằng kim loại để nhiệt từ bếp truyền nhanh vào thức ăn. Còn quai nồi thì làm bằng gỗ, nhựa chịu nhiệt hoặc bọc silicon, những vật liệu dẫn nhiệt kém, để tay cầm không bị bỏng.
Nhắc chậu nồi nóng thì dùng khăn vải khô. Khăn ướt thì nguy hiểm hơn, vì nước dẫn nhiệt tốt hơn không khí trong sợi vải khô rất nhiều, nên nhiệt xuyên qua khăn ướt nhanh.
Áo len, chăn bông ấm không phải vì chúng tự sinh nhiệt, mà vì chúng giữ một lớp không khí đứng yên quanh cơ thể. Áo phao nhồi lông vũ cũng vậy: lông vũ nhẹ, xốp, nhốt được rất nhiều không khí. Khi áo bị ướt, không khí bị nước thay chỗ, và áo mất gần hết khả năng giữ ấm.
Tường nhà hai lớp có khoảng rỗng ở giữa, tấm cách nhiệt dưới mái tôn, cốc giấy hai lớp đựng cà phê nóng đều dùng chung một mẹo: đặt một lớp chất dẫn nhiệt kém vào giữa nơi nóng và nơi lạnh.
Thử một thí nghiệm nhỏ ở nhà
Bạn có thể tự kiểm tra điều này. Đặt một chiếc thìa kim loại, một chiếc đũa gỗ và một miếng vải cạnh nhau trên bàn, để yên một lúc cho chúng cùng nhiệt độ phòng. Rồi lần lượt áp mu bàn tay vào từng thứ. Bạn sẽ thấy thìa lạnh nhất, dù chúng giống nhau về nhiệt độ.
Nếu có nhiệt kế, bạn đo từng thứ để chắc chắn. Khoảnh khắc thấy con số giống nhau mà cảm giác khác nhau là khoảnh khắc rất đáng nhớ, vì nó cho thấy giác quan mình đo một thứ khác với cái mình tưởng.
Thí nghiệm đơn giản này còn là một bài học khoa học lớn hơn: cảm giác của mình là thông tin thật, nhưng không phải lúc nào cũng là thông tin về điều mình nghĩ. Da không nói dối, nó chỉ đang trả lời một câu hỏi khác.
Sáng mai bước xuống nền gạch, bạn có thể thầm cảm ơn viên gạch đang cố truyền hơi ấm của mình đi xa. Và có lẽ bạn sẽ bắt đầu để ý: còn những cảm giác nào nữa của mình đang trả lời một câu hỏi khác với câu mình hỏi?
Câu hỏi thường gặp
Nhiệt độ và nhiệt lượng khác nhau thế nào?
Nhiệt độ cho biết vật nóng hay lạnh, liên quan tới mức chuyển động trung bình của các phân tử. Nhiệt lượng là lượng năng lượng nhiệt được truyền đi. Một bể nước lớn ấm có thể chứa nhiều nhiệt lượng hơn một cốc nước sôi dù nhiệt độ thấp hơn.
Vì sao kim loại dẫn nhiệt tốt?
Kim loại có nhiều điện tử tự do di chuyển khắp vật liệu, chúng mang năng lượng nhiệt đi rất nhanh. Đó cũng là lý do kim loại thường dẫn điện tốt.
Không khí có dẫn nhiệt không?
Không khí dẫn nhiệt rất kém khi đứng yên, nên được dùng làm lớp cách nhiệt trong áo len, cửa kính hai lớp và vật liệu xốp. Khi không khí chuyển động như gió, nó mang nhiệt đi nhanh hơn nhiều.
Vì sao sàn gạch men lạnh hơn sàn gạch nung?
Tuỳ loại vật liệu và độ đặc. Vật liệu đặc hơn, ít lỗ rỗng hơn thường dẫn nhiệt tốt hơn nên cảm giác lạnh hơn. Bề mặt nhẵn cũng tiếp xúc với da nhiều hơn so với bề mặt thô ráp.
Tấm cách nhiệt mái tôn có tác dụng không?
Có. Tấm cách nhiệt làm chậm dòng nhiệt từ mái tôn nóng xuống không gian bên dưới, nhất là loại có lớp phản xạ nhiệt kết hợp lớp xốp. Hiệu quả cụ thể phụ thuộc cách lắp đặt và thông gió dưới mái.
