Mengapakah Logam Terasa Lebih Sejuk daripada Kayu?

Bayangkan sebatang sudu logam dan sebatang sudu kayu dibiarkan di atas meja sepanjang malam. Pada keesokan paginya, kedua-duanya sudah mencapai suhu yang hampir sama dengan suhu bilik, namun apabila disentuh, sudu logam biasanya terasa lebih sejuk. Adakah ini bermaksud suhu logam sebenarnya lebih rendah? Tidak semestinya, kerana rasa sejuk itu boleh berlaku walaupun kedua-dua sudu mempunyai suhu yang sama. Jawapannya terletak pada kekonduksian terma dan kadar haba meninggalkan kulit kita.

Apakah yang berlaku apabila tangan menyentuh objek?

Kulit manusia mempunyai reseptor deria yang bertindak balas terhadap suhu dan perubahan suhu. Apabila tangan menyentuh objek yang lebih sejuk daripada kulit, tenaga haba mengalir dari kulit menuju ke objek itu kerana terdapat perbezaan suhu antara kedua-duanya. Sebagai contoh, andaikan suhu kulit pada hujung jari ialah 33 darjah Celsius manakala suhu sudu ialah 25 darjah Celsius. Haba berpindah daripada kulit yang lebih panas kepada sudu yang lebih sejuk, lalu suhu kulit pada kawasan sentuhan mula menurun.

Perubahan suhu kulit inilah yang menyumbang kepada sensasi sejuk yang dihantar melalui sistem saraf. Oleh itu, deria sentuhan tidak memberikan bacaan suhu objek secara langsung seperti termometer, kerana sensasi yang dialami turut dipengaruhi oleh proses pemindahan haba.

Mengapakah logam memindahkan haba dengan lebih cepat?

Bahan mempunyai keupayaan yang berbeza untuk mengalirkan haba, dan sifat ini dikenali sebagai kekonduksian terma. Logam seperti aluminium, kuprum dan keluli lazimnya mempunyai kekonduksian terma yang jauh lebih tinggi daripada kayu. Apabila jari menyentuh logam yang lebih sejuk, haba daripada kulit dapat disalurkan dengan cepat dari kawasan sentuhan ke bahagian logam yang lain. Kayu pula tidak dapat menyebarkan haba yang diterima oleh permukaannya secepat itu, sehingga kawasan kecil pada permukaan kayu yang bersentuhan dengan jari menjadi lebih panas dengan lebih cepat dan kadar kehilangan haba daripada kulit berkurang.

Menurut buku University Physics Volume 2 terbitan OpenStax, kekonduksian terma keluli tahan karat mempunyai nilai rujukan sekitar 14 W/(m·K), manakala kayu sekitar 0.08 hingga 0.16 W/(m·K), dan nilai sebenar bergantung pada jenis bahan serta keadaannya. Perbezaan ini menunjukkan bahawa logam boleh mengalirkan haba dengan jauh lebih berkesan berbanding kayu.

Adakah kekonduksian terma satu-satunya faktor?

Tidak. Kekonduksian terma membantu menerangkan bagaimana haba bergerak melalui bahan, tetapi sensasi ketika sentuhan singkat turut dipengaruhi oleh sifat lain, antaranya ketumpatan, muatan haba tentu, keadaan permukaan dan keluasan kawasan sentuhan. Gabungan kekonduksian terma, ketumpatan dan muatan haba tentu diterangkan melalui kuantiti yang dikenali sebagai efusiviti terma, iaitu keupayaan bahan untuk bertukar haba dengan bahan lain semasa bersentuhan. Bahan yang mempunyai efusiviti terma tinggi biasanya dapat menyerap atau membekalkan haba dengan lebih berkesan semasa sentuhan awal.

Oleh itu, dua bahan yang mempunyai kekonduksian terma hampir sama tidak semestinya menghasilkan sensasi suhu yang sama. Ketebalan dan saiz objek juga penting, kerana sekeping logam yang sangat nipis mungkin tidak memberikan sensasi yang sama seperti bongkah logam yang besar, walaupun kedua-duanya diperbuat daripada bahan yang sama.

Bagaimanakah jika logam lebih panas daripada tangan?

Keadaan berubah. Jika logam mempunyai suhu yang lebih tinggi daripada kulit, haba mengalir daripada logam menuju ke kulit, dan oleh sebab logam biasanya memindahkan haba dengan cepat, ia boleh terasa lebih panas daripada kayu yang bersuhu sama. Sifat yang menyebabkan logam terasa sejuk pada suhu bilik juga menyebabkan logam panas lebih berbahaya apabila disentuh. Contohnya, pemegang periuk yang diperbuat sepenuhnya daripada logam boleh menjadi terlalu panas untuk dipegang ketika memasak. Bahan berkekonduksian terma rendah, seperti kayu atau bahan penebat tertentu, sering digunakan untuk mengurangkan pemindahan haba ke tangan, walaupun bahan penebat juga boleh menjadi panas jika terdedah kepada haba yang mencukupi untuk tempoh yang lama.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?