No Such Thing as Cold

Zu dieser Jahreszeit spricht jeder über die Kälte. “Die Kälte geht durch mich hindurch.” “Ich kann die Kälte nicht aus dem Haus holen.”

Eines meiner Lieblingsthemen in der Physik ist die Tatsache, dass es keine Kälte gibt. Nein, es existiert nicht. Warum fühlst du dich so kalt?

Es mag kontraintuitiv erscheinen, aber Sie fühlen sich kalt wegen der Hitze. Das stimmt. Lass es mich erklären. Wärme ist eine mit Materie verbundene Menge, und Materie ist alles, was Masse hat und Raum einnimmt. Sie, die Luft um Sie herum und der Stuhl, auf dem Sie sitzen, sind Beispiele für Materie.

Materie besteht aus kleineren Teilchen. (Dazu gehören Atome, Moleküle und Ionen, aber mach dir darüber keine Sorgen für diese Diskussion. Wir nennen sie einfach Partikel.) Diese Teilchen haben Energie. Die Gesamtenergie der Partikel in einer Materieprobe wird als thermische Energie bezeichnet.

Thermische Energie hängt mit der Temperatur zusammen, aber sie sind nicht gleich. Wir verwenden das Wort Temperatur, um zu beschreiben, wie warm oder kalt etwas ist. Während Wärmeenergie eine Gesamtenergiemenge beschreibt, beschreibt die Temperatur eine durchschnittliche Energie. Der Unterschied besteht darin, dass die thermische Energie davon abhängt, wie viele Partikel vorhanden sind, während die Temperatur dies nicht tut. So kann der Tee in einer Tasse die gleiche Temperatur haben wie der Tee in einer Teekanne, aber die Wärmeenergie in der Teekanne ist größer, weil es mehr Tee gibt (mehr Partikel).

Der Grund, warum ich all dies über Wärmeenergie und Temperatur erwähne, ist, dass Wärmeenergie auf natürliche Weise von Substanzen mit höheren Temperaturen zu Substanzen mit niedrigeren Temperaturen fließt. Und thermische Energie, die fließt, ist Wärme.

Wenn Wärme aus einer Substanz fließt, deren Zustand sich nicht ändert, nehmen sowohl ihre Wärmeenergie als auch ihre Temperatur ab. Dadurch wird die Substanz kühler. Das Gegenteil passiert, wenn Wärme in die Substanz fließt. Seine Wärmeenergie und Temperatur erhöhen sich, so dass die Substanz wärmer wird.

Denken Sie in diesem Sinne daran, einen Eiswürfel bei Raumtemperatur in ein Glas Wasser zu werfen. Nach ein paar Minuten fühlt sich das Wasser kalt an, weil seine Temperatur gesunken ist. Aber es ist nicht, weil der Eiswürfel “kalt” auf das Wasser übertragen. Stattdessen floss Wärme vom wärmeren Wasser zum kälteren Eiswürfel. Es ist diese Hitze, die den Eiswürfel schmelzen lässt.

Es ist dasselbe, wenn du dich kalt fühlst. Wenn Sie ein Objekt wie einen Schreibtisch oder eine Außenbank berühren, fühlt es sich kalt an. Das liegt daran, dass Wärme aus Ihrer Hand in das Objekt fließt. Sie empfinden den Wärmeverlust als “kalt.” Wenn Sie nach draußen in eine Luft gehen, die eine niedrigere Temperatur hat als Sie, fließt Wärme von Ihnen in die Luft. Dadurch fühlst du dich kalt. Das Tragen eines Mantels oder einer Decke verlangsamt den Wärmefluss aus Ihrem Körper und Sie fühlen sich wärmer.

Wenn Sie sich das nächste Mal kalt fühlen, denken Sie an die Hitze, die Sie verlieren. Und vielleicht finden Sie einen Weg, es zu verlangsamen.

Übrigens sind Wärme und Veränderungen so interessant, dass es einen ganzen Zweig der Physik gibt, der sich ihrer Untersuchung widmet. Das nennt man Thermodynamik!