การนําความร้อนของโลหะ

หม้อสองหม้อนี้มีอุณหภูมิเท่ากัน หม้อหนึ่งมีด้ามจับพลาสติก ส่วนอีกหม้อมีด้ามจับโลหะ เราสามารถจับด้ามพลาสติกได้ แต่ โอ้ย! มือพองแน่นอนถ้าจับด้าม โลหะ โลหะนั้น สามารถนำความร้อนได้ดี เมื่อปลายด้านหนึ่งของหม้อร้อน ความร้อนก็จะเดินทางไปทั่วด้ามจับด้วย โลหะเป็นวัสดุนำความร้อนที่ดี ด้ามพลาสติกได้รับความร้อนจากหม้อเช่นกัน แต่ความร้อนนี้ไม่สามารถเดินทางผ่าน พลาสติกไปได้ พลาสติกเป็นฉนวนกันความร้อน วัสดุส่วนใหญ่เป็นฉนวนกันความร้อน เช่น แก้ว หิน ไม้ และ ผ้า แต่โลหะทุกชนิดเป็นตัวนำความร้อนที่ดี ทำไมล่ะ? ถ้าอยากรู้ เราต้องมาดูกันก่อน ว่าความร้อนนั้นคืออะไร ในระดับอะตอม ทุกๆสิ่งล้วนประกอบไปด้วย อะตอม วัสดุที่แข็งประกอบไปด้วยอะตอมที่อยู่นิ่ง แต่ก็ไม่ได้นิ่งสนิท มันขยับไปขยับมา หรือสั่นนั่นเอง ยิ่งวัสดุร้อนเท่าไหร่ อะตอมก็ยิ่งสั่นแรงขึ้นเท่านั้น และนี่แหละ คือความร้อน การเคลื่อนไหวของอะตอม แล้วความร้อนกระจายตัวยังไงล่ะ? นี่คืออะตอมของอโลหะ แบบดูง่ายๆ อะตอมยึดติดกันด้วยพันธะเคมี พันธะนั้นมีอิเล็กตรอน ที่อยู่ระหว่างอะตอมแต่ละตัวอยู่ มาลองทำให้วัสดุนี้ร้อนจากด้านหนึ่ง กันเถอะ อะตอมที่ร้อนเริ่มเคลื่อนไหวแรงขึ้น การเคลื่อนไหวนี้ ทำให้ พันธะเคมีและอะตอม ที่อยู่ใกล้ๆ เริ่มสั่นไปด้วย หลังจากนั้น อะตอมตัวถัดไปก็เริ่มขยับ เป็นอย่างนี้ไปเรื่อยๆ ในวัสดุแบบนี้ อะตอมแต่ละตัว ได้แต่ทำให้อะตอมตัวถัดไปขยับ และแรงสั่นก็จะค่อยๆเบาลง เรื่อยๆตามลำดับ อโลหะนี้ นำความร้อนได้ไม่ดี แล้วโลหะล่ะ? เป็นยังไง? อะตอมโลหะ เรียงตัวอยู่นิ่งๆเหมือนกับอโลหะ และมีอิเล็กตรอนอยู่ระหว่างอะตอมเช่นกัน แต่ในโลหะ อิเล็กตรอนเหล่านี้สามารถ เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ไม่ได้สร้างพันธะกับอะตอมตัวไหน พวกมันสามารถเคลื่อนที่ไปไหนก็ได้ ทั่ววัสดุนั้น นี่แหละเป็นสิ่งที่ทำให้วัสดุ นำความร้อน ได้ดี ดูสิว่าเกิดอะไรขึ้น เมื่อเราทำ ให้โลหะด้านหนึ่งร้อน อะตอมเหล่านี้เริ่มสั่นแรงขึ้น สั่นไปชนอิเล็กตรอนที่เป็นอิสระ ทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เร็วขึ้น ไปชนอะตอมอีกตัว และทำให้มันสั่นมากขึ้น อิเล็กตรอนนี้ยังคง เคลื่อนที่ต่อไป ไปชนอะตอมตัวอื่นๆ ก่อนจะค่อยๆเคลื่อนที่ช้าลง นอกจากนี้ อิเล็กตรอนก็ยังชนกันเอง ทำให้มีอิเล็กตรอนที่วิ่งเร็วมากขึ้น ทั่วทั้งวัสดุ และทำให้อะตอมจำนวนมากร้อนขึ้น ในเวลาเดียวกัน อิเล็กตรอนอิสระเหล่านี้เอง ที่ทำให้โลหะทุกชนิดเป็นตัวนำความร้อน ที่ดี ความร้อนคือการเคลื่อนไหวของอะตอม ความร้อนกระจายตัวผ่านการสั่น ที่กระจายไปทั่ววัสดุ สิ่งที่ทำให้โลหะพิเศษก็คือ อิเล็กตรอนอิสระของมัน ซึ่งช่วยนำความร้อน ไปสู่อะตอมที่อยู่ไกล ไม่ใช่แค่อะตอมใกล้ๆ สิ่งนี้ ทำให้โลหะมีการนำความร้อนหรือ ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนสูง นี่คือเหตุผลที่ว่าทำไมเราถึงมือพองเมื่อ จับด้ามเหล็ก เว้นแต่ว่าเราจะใช้ที่จับหม้อ ที่ไม่มีอิเล็กตรอนอิสระ