¿Cómo percibimos el calor o la frialdad de un objeto?

Piense en la capa de piel en la punta del dedo que está en contacto con el objeto que tiene una temperatura más baja que el cuerpo. Si el objeto tiene una gran capacidad calorífica y una alta conductividad térmica (como el metal), entonces la piel del dedo alcanzará una temperatura de equilibrio más baja que si está en contacto con un objeto que tiene una capacidad calorífica menor y una menor conductividad (como la madera). Entonces, los nervios en la punta del dedo detectan la temperatura, pero es la temperatura de la capa de piel la que se mide, no la temperatura del objeto.

En otras palabras, el cuerpo está tratando de mantener la piel caliente con el flujo de sangre y por conducción de calor, pero el metal es más capaz de bajar la temperatura de la piel que la madera.

A lo largo de la capa exterior del cuerpo (ectodermo), que abarca la piel y el tejido adiposo subcutáneo, los termorreceptores están incrustados en las fibras nerviosas libres (por lo tanto, estos tipos de receptores no son tipos de células especiales, en contraste con los fotorreceptores, por ejemplo). Hay dos tipos de fibras: aferencias del grupo III (sensibles al frío) y aferencias del grupo IV (sensibles al calor). En las membranas de estas fibras de células nerviosas están ancladas proteínas específicas. Esas proteínas se denominan canales TRP (potencial de receptor transitorio), que pueden conducir iones a pedido.

Cuando se detecta una diferencia de temperatura en la periferia de la piel, cambian su conformación y se abren, lo que conduce a la entrada de iones Na+, Cal2+ y Mg2+ que conducen a potenciales de acción que se transmiten al sistema nervioso central. Esos tipos de termorreceptores funcionan como sensores diferenciales proporcionales: los cambios rápidos de temperatura de la piel (tocar una taza de café caliente) se responden con una frecuencia de potencial de acción muy alta; después se adaptan a la temperatura y disparan con menos frecuencia, pero aún más que en defecto. Este tipo de disparo da la impresión de tener algo en la mano que está más caliente que la propia piel antes de tocarlo.

Ahora, muy interesantemente, los receptores TRP pueden activarse a través de la capsaicina (molécula de chile picante), alicina (molécula de aroma de ajo), isotiocianato de alilo (compuesto de wasabi), mentol o incluso THC. Esta es la razón por la cual el chili puede evocar una verdadera sensación de picor mientras que el mentol evoca la impresión de frialdad cuando, por ejemplo, se prueba un chicle mentolado.

Con esos dispositivos biológicos una persona puede percibir diferencias de temperatura de 0,2 K como máximo.

El elaborado mecanismo para la detección de celo en la piel humana es llevado principalmente por el sistema somatosensorial, que es responsable de la temperatura, el tacto y la presión.

El sistema somatosensorial contiene termorreceptores que son los principales responsables de la termodetección. wiki

Estos termorreceptores son capaces de detectar temperaturas absolutas, en cierta medida y relativas, principalmente.

Su funcionamiento se atribuye a complejos caminos de conducción de iones de$Na^+$y$Ca^{2+}$.

No conozco el proceso biológico real, pero sé que nuestro cuerpo detecta la transferencia de calor, no la temperatura. Es por eso que un objeto con un coeficiente de transferencia de calor más alto (como los objetos metálicos) parece más frío que la madera a la misma temperatura, por ejemplo.

A la primera parte de tu pregunta: ¿Qué es este equilibrio?

A temperatura ambiente, el objeto metálico o de madera está en equilibrio con su entorno. Cuando tocas el objeto, este equilibrio se altera. Como la piel de tus dedos estará bastante por encima de la temperatura ambiente cuando toques el objeto, el calor fluirá desde tu dedo hacia el objeto. La cantidad de calor depende del área de contacto, la fuerza con la que toca el objeto, etc. Su dedo se enfriará a medida que el calor fluya hacia el objeto.

Se alcanza nuevamente un equilibrio cuando este flujo de calor no cambia con el tiempo. Esto puede significar que el objeto tiene la misma temperatura que tu piel o que el calor está pasando al ambiente a una velocidad constante a través del objeto.

La sensación de frío o calor depende de la cantidad de calor que sale de su dedo hacia el objeto y se detecta por el cambio de temperatura real de su dedo. El mecanismo biológico ha sido muy bien descrito por Vineet Menon.

la sensación de calor activa un impulso eléctrico que pasa a través de las neuronas y la sinapsis como reacciones eléctricas y químicas y llega a nuestro cerebro que interpreta el mensaje como calor algunas veces si el calor es insoportable el mensaje es interpretado por la médula espinal