金属を触るとなぜ冷たい？温度ではなく「速さ」の話
同じ部屋に置いた金属のスプーンと木のスプーンを触ると、金属のほうがひんやりします。でも同じ部屋にあったのですから、温度は同じはずです。
冷たく感じる理由は温度ではなく、熱を運ぶ速さにあります。銅は木のおよそ3000倍の速さで熱を伝えるのです。
「冷たさ」は温度そのものではない
皮膚には温度計が埋まっているわけではありません。感じ取っているのは、手から熱がどれだけ速く逃げていくかです。
熱がすばやく奪われて皮膚の温度が下がると、脳はそれを「冷たい」と受け取ります。逆に熱がなかなか逃げなければ、同じ温度のものでも冷たく感じません。
熱の伝わりやすさは数字で比べられる
材料が熱をどれだけ速く伝えるかは、熱伝導率という値で表されます。単位はワット毎メートル毎ケルビンです。
ジョージア州立大学がまとめた表によると、銅は385、アルミニウムは205、鉄は79.5、ガラスは0.8。これに対して木材は0.04から0.12しかありません。
銅と木では3000倍以上の開きがあります。空気は0.024とさらに小さく、セーターや発泡スチロールが暖かいのは、素材そのものではなく中に閉じ込めた空気が熱を通しにくいからです。
金属だけが速い理由は電子にある
木やプラスチックの中では、熱は原子の振動が隣へ隣へと伝わる形でしか進みません。これは時間がかかります。
ところが金属の内部には、特定の原子に縛られず動き回る電子があります。自由電子と呼ばれるものです。
金属に電気が流れるのはこの電子のおかげですが、同じ電子が熱も一緒に運びます。振動が伝わるのを待たずに、電子が熱そのものを持って移動するのです。
金属が電気も熱もよく通すのは、担い手が同じだからです。
冷たさを感じ取るセンサーの正体
金属と木が同じ20度でも、熱を奪う速さが違うから、感じる冷たさが変わるのです。皮膚には冷たさを受け取る専用のセンサーがあります。
TRPM8という名前のたんぱく質で、2002年にデービッド・ジュリアス氏とアーデム・パタプティアン氏の研究室がそれぞれ独立に見つけました。ミントを口に入れるとひんやりするのも、メントールがこのセンサーを直接押すからです。
両氏は2021年のノーベル生理学・医学賞を受賞しています。
夏には逆のことが起きる
真夏の駐車場で車のドアに触れると、木のベンチより熱く感じます。理由は冬と同じです。
金属が速く熱を運ぶ性質は、熱が出ていくときにも入ってくるときにも同じように働きます。手より温度が高ければ、その熱は一気に皮膚へ流れ込みます。
だから同じ60度でも、金属のほうがやけどの危険は高くなります。冬に金属の手すりが冷たいことと、夏に金属が危ないことは、まったく同じ現象の裏表です。
手のひらが測っているのは温度ではなく、熱の動きです。冷たいと感じたものが本当に冷たいとはかぎらない。
この一点を知っておくと、真夏の金属に不用意に触れずにすみます。
参考にした資料
