Warum fühlt sich Wasser kühler an als Luft?

Erstens müssten zwei Bedingungen erfüllt sein, um einen gültigen Vergleich zwischen dem „Gefühl“ von Wasser und Luft auf Ihrer Haut anzustellen:

1. Wasser und Luft müssten genau die gleiche Temperatur haben.
2. Diese Temperatur müsste niedriger sein als die menschliche Körpertemperatur (genau genommen Hauttemperatur).

Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, würde sich Wasser sicherlich kühler anfühlen als Luft. Dafür sind mehrere Faktoren verantwortlich.

1. Wasser hat eine viel höhere spezifische Wärmekapazität als Luft, was es zu einem weitaus besseren Kühlmittel als Luft macht.
2. Ein engerer Kontakt zwischen Wasser und Haut im Vergleich zu Luft und Haut führt zu einem höheren Wärmeübertragungskoeffizienten , der Wasser wiederum zu einem besseren Kühlmittel macht.
3. Bei dünneren Wasserschichten findet auch bei Wasser auf der Haut eine Verdunstungskühlung statt. Wenn die latente Verdampfungswärme abgeführt wird, kühlt das Wasser ab und schließlich kühlt auch die Haut aufgrund der Wärmeübertragung ab.

Zwei Dinge zu beachten:

1. Sie haben keine Temperatursensoren, die in die Umgebung ragen. Was Sie fühlen, ist nicht die Temperatur der Luft oder des Wassers; es ist die Temperatur der Zellen um die Stelle(n), wo die Temperatursensoren in der Haut vergraben sind. Deshalb kann Ihr Gesicht ein heißes Ofenelement „sehen“. Die Strahlungsenergie des heißen Metalls erreicht Ihre Haut und erwärmt sie leicht. Wenn Sie Ihren Kopf drehen, werden verschiedene Hautzellen erhitzt, sodass Sie die heiße Quelle lokalisieren können.
2. Es gibt einen konstanten Fluss von Wärmeenergie vom Körper in die Umgebung (solange du lebst). Viel von der Mitte, aber auch von jedem einzelnen Muskel in den Armen und Beinen; die Blutversorgung hilft, es zu bewegen. Selbst wenn die Außentemperatur deutlich über der Körpertemperatur liegt, kann die Verdunstungskühlung Sie auf normaler Körpertemperatur halten. Ein CSI bei einem Mord in einer Oase in der Sahara müsste messen, wie stark sich die Leber erwärmt hat , um den Todeszeitpunkt zu bestimmen.

Die zu beantwortende Frage lautet also: Wie wirken sich Temperatur und Art des umgebenden Mediums auf die Temperatur der angrenzenden Hautzellen aus?

Wasser leitet Wärme 25-mal schneller vom Körper weg als Luft. Wahrscheinlich würden die meisten Flüssigkeiten mit vergleichbarer Dichte gleich fallen.

Wir sind warmblütig, also werden wir immer wärmer sein als die Umgebung. Wasser entzieht dem Körper Wärme schneller als Luft mit gleicher Temperatur. Wasser leitet Wärme nur 25-mal besser als Luft. Es kann jedoch viel mehr als 25-mal schneller Wärme aus Ihnen heraussaugen. Wasser fühlt sich sogar kälter an als Glas gleicher Temperatur, obwohl es eigentlich nur ein halb so guter Wärmeleiter ist. Die Wärmeleitfähigkeit ist die volumetrische Wärmekapazität mal der Temperaturleitfähigkeit. Für jedes Gas ist seine Wärmeleitfähigkeit ungefähr eine Konstante multipliziert mit der Kelvin-Temperatur im Quadrat dividiert durch den Druck dividiert durch die Molmasse, und die volumetrische Wärmekapazität ist ungefähr eine weitere Konstante multipliziert mit dem Druck dividiert durch die Kelvin-Temperatur dividiert durch die Molmasse. Das bedeutet, dass die Wärmeleitfähigkeit für ein bestimmtes Gas konstant bleibt, wenn sich der Druck bei konstanter Temperatur ändert. Da Wasser eine ähnliche Molmasse wie Luft hat, aber Wärme 25-mal besser leitet, kann es nicht wie ein stark komprimiertes Gas behandelt werden. Bei einem unendlich wärmeleitenden Objekt, das in einer stationären Flüssigkeit ohne Schwerkraft bei einer gegebenen höheren Temperatur als die Flüssigkeit aufgehängt ist, ändert sich seine Wärmeverlustrate nur mit der Wärmeleitfähigkeit der Flüssigkeit. Für jedes unendlich wärmeleitende Objekt mit einer bestimmten Temperatur, die höher ist als die Flüssigkeit, über einer bestimmten Geschwindigkeit, bei der Wärme in der Zeit, die zum Bewegen seiner eigenen Länge benötigt wird, eine Distanz diffundiert, die seiner Größe entspricht, der Dicke der Flüssigkeitsschicht, die es verliert Wärmedurchgang variiert mit der inversen Quadratwurzel seiner Geschwindigkeit, so dass seine Wärmeverlustrate mit der Quadratwurzel seiner Geschwindigkeit variiert. Auch angesichts der Tatsache, dass es' s bewegt sich durch eine Flüssigkeit und dann durch eine andere Flüssigkeit mit der gleichen Geschwindigkeit, die für beide Flüssigkeiten über der Geschwindigkeit liegt, die diese Beziehung enthält. Die Dicke der leitenden Schicht variiert mit der Quadratwurzel der Temperaturleitfähigkeit und ist unabhängig von der volumetrischen Wärmekapazität. Das heißt, die Wärmeverlustrate ist die Wärmeleitfähigkeit dividiert durch die Quadratwurzel der Temperaturleitfähigkeit. Da Wasser Wärme 25-mal besser leitet als Luft, aber auch eine geringere Temperaturleitfähigkeit hat, nimmt es Wärme mehr als 25-mal schneller auf. Sie leiten Wärme nicht unendlich gut, aber aufgrund der Zirkulation sind Sie ziemlich nahe daran. Das bedeutet, dass die Rate, mit der Sie Wärme verlieren, die Rate ist, mit der Sie Wärme bis zu einer bestimmten Grenze verlieren würden, über der die Abkühlrate Ihrer Oberfläche schneller wird als die vorhergesagte, wenn Sie Wärme unendlich gut leiten würden. Wenn Sie ins Wasser gehen, bewegt sich das Wasser um Sie herum und die vorhergesagte Abkühlungsrate, wenn Sie Wärme unendlich gut leiten, liegt tatsächlich über dieser Grenze, sodass Ihre Oberfläche noch schneller abkühlt, bis sie die Wassertemperatur erreicht. Deshalb saugt Wasser so viel schneller Wärme aus dir heraus als Luft.