金属がよく冷える理由

質問

金属の容器とプラスチックや木材の容器では、冷蔵庫に入れて冷やした場合に、冷え具合が異なりますが、これはなぜでしょうか？それとも実は冷え具合は同じで、温度の復元力といいますか変わりやすさが早いのでしょうか？
よろしくお願い申し上げます。

回答No.4

noname#212313 · ベストアンサー

金属はプラスチックや木材と比べて、非常に熱を伝えやすいのです。そのため金属容器そのものはもちろん、容器内の飲料にも冷蔵庫の冷気がよく伝わり、速く冷えます。また、その容器を手に持ったときも、金属容器＋中の飲料の冷気が手に伝わり続けます。

　プラスチックではPETボトルでよく経験すると思いますが、中身が充分に冷えていても、手に持つとそれほど冷たくない感触だったりします。これはプラスチックが熱を伝えにくいことによる現象で、手の熱がプラスチックで遮られるため、熱がこもって温度が上がり、あまり冷たく感じないのです。このため、PETボトルのほうが金属缶飲料より中の飲料を冷やすのに時間がかかりますが、冷たい飲料を長く冷たいまま保持することができます。

　ではなぜ金属がそのように熱を伝えやすいのかなのですが、金属には電気が流れやすいのと同じ原因です。金属が電気を流しやすいのは金属原子の電子の一部が金属内で自由に動けるようになっているからです。そういう電子を自由電子と呼んでいます。自由に動ける電子があるため、電圧を掛ければ電子は容易に動き、電流が流れます。

　その自由電子は熱によっても動きます。よく、熱する、つまり温度が高くするというのは分子の動きが激しいといわれます。固体ですと決まった位置で揺れるだけですが、空気だと分子がスピードを増して飛び回るようになります。

　金属内の自由電子も空気中の分子と同じように、熱を加えるとすぐに金属内を速く飛び回るようになります。その自由電子自体も熱を伝えますし、金属の原子核（これの位置は動きません）に当たって激しく揺らして、それも温度上昇につながります。冷やすのは熱するのと逆ですが、自由電子の働きであるというのは同じです。自由電子がゆっくりになるので、その自体、及び原子核を揺らす効果が金属全体で速やかに起こります。

　金属でも自由電子が多いほど電気が流れやすくなるのですが、それと当時に温度変化を伝えやすくなっています。自由電子が熱を伝えるからです。銅は電気抵抗が低く、は導線によく使われますが、銅鍋はコンロの火の熱が速やかに鍋全体に伝わってくれ、焦げ付きにくいというメリットがあり、よく使われています。

お礼

大変丁寧なご説明に感謝致します。
>>その自由電子は熱によっても動きます。
実はこれが気になっていました。
まさに頂きたかった回答を得ることが出来た感じです。
ありがとうございます！

回答No.6

nitto3

比熱が小さい（冷えやすい）と、
熱伝導率が高い（熱が伝わりやすい）ということです。

お礼

ご回答ありがとうございます！

回答No.5

ORUKA1951

温度の変化を考える場合次の二点を考える。
熱の伝わり方
　対流
　輻射(放射)
　伝導
熱容量
　質量×比熱

　冷蔵庫に入れて冷やす場合に、その内容物の熱が奪われやすいということは、
・内容物が水の場合は対流がある
・容器内の熱が外に伝わりやすいか
　金属の熱伝導率は高い
　金属が氷(霜)のうえに乗っていない場合は容器表面を流れる冷気に熱が奪われる。
　　・・・温度差が大きいほうが良く逃げる
・容器自体の熱容量は

　冷えやすい＝温まりやすい　これは条件が変わらない限り同じはずです。
　金属容器は熱伝導率が高いため、冷えやすいが温まりやすくもある。

お礼

ご丁寧な回答ありがとうございます！

回答No.3

tanuki4u

金属って電気が良く伝わりますよね。

冷えやすい（≒温度が伝わりやすい）というのと電気が伝わりやすいというのは似たようなものです。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E7%94%B1%E9%9B%BB%E5%AD%90

自由電子モデル
ってやつで説明されます。

電気も温度も金属内の自由電子が運んでいる。

お礼

ご回答ありがとうございます！

回答No.2

chirisauce

はじめまして。建築関係の者です。

簡潔にお話致しますと、一般的にいうあらゆる「材料」には、「熱伝導率（単位：W/m2・K）」というものがあります。

人間に３６．０℃程度の平熱があるように、熱伝導率はそれぞれの材料が元々持っているもので、数値で表すことができます。

よく知られる一般的な素材では、熱伝導率が高い順に、銀＞胴＞金＞アルミ＞鉄＞ステンレス＞ガラス＞水＞木＞空気、という例が上げられます。

もちろん、工法、製法、種類などによってもある程度の数値は変わってきますが、数値が高いほど熱を多く含みやすいということです。

このほかに、熱の伝わりやすさに関わる熱伝達率、熱が移動する際の抵抗に関わる熱抵抗率などがあり、さらに面積、密度、気流速等も関わっています。

話を戻しますと、ご質問者様が冷蔵庫の中で冷えた材料に触れた時と、冷蔵庫から出して材料に触れた時とでは、その材料が含んでいる熱と外気の熱とが抵抗しあっている状態というわけで、これがご質問にある復元力にも影響してきます。

建築の方面では、これらの概念によって、建物の断熱性能や結露防止などに活かされています。

以下、簡単なまとめがありましたので、ご参照ください。

https://www.osaka-kyoiku.ac.jp/~masako/exp/netuworld/seisitu/ritu2.html

お礼

ご丁寧な回答ありがとうございます。
建築という異なる視点で大変勉強になりました。
お礼が遅くなりました。

回答No.1

mpascal

金属の特徴といえば、熱伝導率が高いことです。

お礼

ご回答ありがとうございます！