¿Por qué el metal refleja la luz y se calienta simultáneamente?

Considere un bloque de metal brillante y un bloque de hormigón opaco, ambos expuestos a la luz solar directa. El metal reflejará más luz solar que el hormigón, debido a su superficie reflectante. Sin embargo, al tocar los dos bloques, el metal se sentirá más caliente. ¿Cómo es que el metal está absorbiendo más energía del sol, aunque está reflejando más?

El metal no es un cuerpo negro perfecto. Por lo tanto, no refleja cada uno de los fotones que lo golpea. Sí absorbe algo (consultar efecto fotoeléctrico)
'Sentirse' más caliente significa que el metal tiene una mayor conducción térmica. En equilibrio con la luz del sol, ambos cuerpos estarán a la misma temperatura.
Absorbiendo más que emitiendo en una propiedad de no equilibrio. Pero como dijo Jon Custer, en equilibrio las temperaturas son iguales. De nuevo, al tocar, se trata de un problema de transporte en desequilibrio, pero esta vez, de tipo térmico en lugar de mediado por radiación.
Uno tiene que entender que a la temperatura 'no le importa' el mecanismo de transporte. Mientras exista algún medio de transporte, la temperatura se equilibrará. La superficie reflectante puede tardar más en calentarse (nuevamente propiedad de no equilibrio), pero al final, obtendrá la misma temperatura que en equilibrio.

Respuestas (1)

La sensación depende de tres factores:

  • obviamente la temperatura
  • el calor especifico
  • la conductividad térmica

Lo que sucede es que una vez que tu dedo está sobre el material, se intercambia calor. Las moléculas en la superficie de tu dedo se están calentando, las moléculas en la superficie del material se están enfriando hasta que ambos materiales tienen la misma temperatura.

Ahora la piedra tiene un calor específico más pequeño, de hecho, seis veces menos que el agua (el material principal del que se compone tu dedo). El área de contacto de su dedo y el material son obviamente los mismos. Pero eso significa que por cada grado que se calientan las moléculas de su dedo, la piedra debe perder seis grados, por lo que incluso si comenzamos con la misma temperatura, el agua siempre se sentirá más caliente. También explica por qué las quemaduras por agua son tan peligrosas: el agua puede transmitir mucho más calor a su cuerpo hasta que la temperatura baje a niveles seguros.

Lo segundo es la conductividad térmica. De hecho, puedo tocar la superficie caliente de una estufa de azulejos sin quemarme. Por qué ? La cuestión es que el calor se repone o disipa continuamente de las moléculas circundantes de la superficie de contacto, pero la velocidad depende de la conductividad. Tocar un azulejo de 200 °C lo enfriará desde mi dedo de 37 °C hasta algo así como 70 °C (recuerde el factor 1:6), pero la piedra tiene una conductividad abismal, por lo que el calor de las moléculas de piedra no se repone, pero el de mi dedo se disipa . No tan rápido, pero aún más que la piedra, por lo que la temperatura resultante será de unos 50-55 °C. (De hecho, aquellos puristas que usan "piedras de whisky" enfriadas porque no quieren que el agua se diluya con hielo se están engañando; los cubitos no funcionan). Los metales, por otro lado, tienen una muy buena conductividad, por lo que la energía se repone fácilmente. Por lo tanto, puedo tocar ununa placa de metal muy, muy delgada , pero tocar una placa de 200 °C de espesor con la misma temperatura que la baldosa de piedra provocará quemaduras graves. Entonces, el metal se siente más caliente ( y más frío) que otros materiales.

Lo último importante es la temperatura. Cuanta más temperatura, más calor, pero la temperatura de equilibrio de los materiales al sol en las mismas condiciones depende de su color: los materiales negros tienen temperaturas superficiales más altas que los materiales brillantes. El metal sin pulir debería tener una reflectancia más alta que el hormigón y debería estar más frío, pero los otros dos factores son dominantes.