Es gibt zwei Punkte, die für die Diskussion relevant sind: Luft selbst trägt eine sehr geringe Menge an Wärmeenergie und ist ein sehr schlechter Wärmeleiter.

Für den ersten Punkt halte ich es für interessant, das Produkt $ \ text {Dichte} \ times \ text {spezifische Wärme} $ zu betrachten, dh die Energiemenge pro Volumeneinheit, die für jedes $ \ übertragen werden kann Text {K} $ der Temperaturdifferenz. In der Größenordnung ist die spezifische Wärme in etwa vergleichbar, aber die Luftdichte ist 10 ^ 3 $ mal kleiner als die Dichte eines unedlen Metalls; Dies bedeutet, dass für ein bestimmtes Volumen viel weniger "Moleküle" Luft vorhanden sind, die Wärmeenergie speichern können als in einem festen Metall. Daher hat Luft viel weniger Wärmeenergie und es reicht nicht aus, um einen gefährlichen Temperaturanstieg zu verursachen.

Die Geschwindigkeit, mit der Energie auf Ihre Hand übertragen wird, dh der Wärmefluss von den anderen Objekten (einschließlich Luft) zu Ihrer Hand. Wenn Sie in der gleichen Zeit und auf der exponierten Oberfläche Luft oder einen festen Gegenstand berühren, wird Ihnen eine ganz andere Energiemenge übertragen. Die relevante zu berücksichtigende Größe ist Wärmeleitfähigkeit , dh die pro Zeiteinheit, Oberflächen- und Temperaturdifferenz übertragene Energie. Ich habe dies hinzugefügt, um seinem Kommentar mehr Sichtbarkeit zu verleihen. Meine ursprüngliche Antwort folgt.

Luft ist ein sehr schlechter Wärmeleiter. Der Grund dafür ist die Tatsache, dass die Moleküle weniger konzentriert sind und weniger miteinander interagieren, wie Sie vermutet haben (dies ist nicht sehr genau, aber in allgemeinen Situationen funktioniert diese Denkweise). . Im Gegenteil, Feststoffe sind im Allgemeinen bessere Leiter: Aus diesem Grund sollten Sie nichts im Ofen berühren. In Anbetracht der Größenordnung hat Luft laut Wikipedia eine Wärmeleitfähigkeit von $ \ lesssim 10 ^ {- 1} \ \ text {W / (m K)} $, während sie für Metalle mindestens höher ist von zwei Größenordnungen.

Ich danke Zephyr und Chemical Engineer wirklich für die Einsicht, die sie zu meiner ursprünglichen Antwort gebracht haben, die viel ärmer war, aber einen unerwarteten Ruhm erlangte.

Meine erste Vermutung war: Es liegt in der Natur der Luft (d. h. eines Gases), dass ihre Moleküle dispergierter sind als die eines Feststoffs.

Ja, aber Sie können noch ein paar Schritte weiter gehen. Die Kargheit von Molekülen hat zwei entscheidende Konsequenzen:

• Eine geringe Wärmekapazität - da nur wenige Moleküle kinetische Energie speichern können.

  Luft hat eine Wärmekapazität von ungefähr $ 1 \, \ frac {\ text {J}} {\ text {gK}} $. Angenommen, Ihr Ofen ist ein $ 40 \, \ text {cm} $ -Würfel, müsste Ihre Hand eine Wärmeenergie von

  absorbieren

  $$ (0,4 \, \ text {m}) ^ 3 · 1 \, \ frac {\ text {J}} {\ text {gK}} · (200 ° \ text {C} -37 ° \ text {C}) · 1.2 \ frac {\ text {kg}} {\ text {m} ^ 3} = 12.5 \, \ text {kJ} $$

  , um diese Luft auf Ihre Körpertemperatur abzukühlen ($ 37 ° \ text {C} $). Feststoffe haben eine viel höhere Wärmekapazität pro Volumen. Zum Beispiel müsste ein Stück Eisen $ 186 \, \ text {g} $ wiegen, um dieselbe Energie zu speichern (durch Erhitzen der Körpertemperatur auf $ 200 ° \ text {C} $); das sind ungefähr vier Löffel. Wenn Sie jetzt einen Löffel bei dieser Temperatur berühren, werden Sie verbrannt, aber die Wärme wird auf ein viel kleineres Volumen konzentriert.

• Eine niedrige Wärmeleitfähigkeit - da weniger Wechselwirkungen zwischen Molekülen bestehen. Im Gegensatz zu Feststoffen ermöglichen Gase jedoch eine Konvektion, was diesen Effekt etwas mildert

  Die reine Wärmeleitfähigkeit (dh ohne Konvektion) von Luft beträgt etwa 0,26 $ \ frac {\ text {W}} {\ text {mK}} $, während die von Eisen beispielsweise etwa 80 $ \ frac {\ text beträgt {W}} {\ text {mK}} $. Im Allgemeinen weisen Metalle eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, selbst im Vergleich zu anderen Feststoffen

  Andererseits ist die Konvektion, die den Hauptbeitrag zur Wärmeübertragung in Luft leistet, schwieriger zu quantifizieren.

Um sich die Hand zu verbrennen, müssen Sie in kurzer Zeit viel Wärme darauf übertragen. Dafür benötigen Sie sowohl die Wärme als auch die Mittel, um sie zu übertragen. Ein Stück Metall ist aus den oben genannten Gründen für diesen Zweck viel besser geeignet als ein Luftvolumen.

Die folgenden Alltagserfahrungen sind auch auf diese oder ähnliche Effekte zurückzuführen:

• Wenn Sie bei Raumtemperatur nackt herumlaufen, kann das Tragen von Schuhen oder eines Teppichs Ihren Komfort entscheidend beeinträchtigen - da der Boden die Wärme Ihres Körpers effektiver ableitet als die Luft um Sie herum.

• Bei Raumtemperatur (und darunter) fühlt sich Metall kalt an - weil es Ihrem Körper schneller Wärme entzieht als normale Feststoffe oder Luft.

• Im Sommer kann es eine schlechte Idee sein, ein Stück Metall zu berühren, das der Sonne ausgesetzt war - da es Wärme schneller auf Ihren Körper überträgt als die Luft um Sie herum und die meisten anderen Objekte.

• Es ist kein Problem, Backpapier aus Ihrem Ofen zu berühren, da es wenig Masse / Volumen / Moleküle hat und daher nicht genug Wärme speichern kann, um sich die Hand zu verbrennen.

Ihre Hand ist nicht verbrannt, da die Temperatur nicht bei 200 ° C liegt.Wenn Ihre Hand lange dort bleibt, wird sie verbrannt (d. H. Die Temperatur ist hoch).Es braucht also Zeit, um Ihre Hand aufzuheizen.Es gibt mehrere Faktoren, die Sie berücksichtigen können.

Die vorherrschende Wärmeübertragung ist eine ziemlich freie konvektive Wärmeübertragung mit geringer Wärmeübertragungsrate.Es bezieht sich auf die Wärmeleitfähigkeit, ist aber nicht wirklich.

Ihre Hand ist nicht trocken, hat aber Wasser.Beim Erhitzen verdunstet das Wasser.Verdunstung nimmt Wärme auf und schützt Ihre Hand.Wenn Ihre Hand nass ist, ist das noch sicherer.

Der Effekt ist der gleiche wie in einer Trockensauna, in der die Lufttemperatur 100 Grad Celsius beträgt. Solange Sie sitzen bleiben, können Sie eine beträchtliche Zeit in der Sauna bleiben, da die Luft einen schlechten Wärmeleiter darstellt (wenn Sie Ihren Körper bei der gleichen Temperatur wie in der Sauna auf ein Metall legen, entstehen fast sofort brennende Wunden). Aber sobald Sie sich bewegen, können Sie nicht zu lange in der Sauna bleiben, da die Wärme durch Konvektion transportiert wird, was Sie sehr schnell aufheizt. Bewegen Sie Ihre Hände in den Ofen und spüren Sie, wie schnell sie heiß werden.

Sie können den gleichen Effekt in sehr kalter Luft sehen, die Sie umgibt. Wenn Sie keinen Wind haben, können Sie aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit von Ihrer Haut zur Umgebungsluft ziemlich lange in der kalten Luft bleiben (sogar in einer Luft von etwa minus 100 Grad). Aber wenn Sie während eines Sturms durch die kalte Luft gehen, wird der Windchill so sein, dass Sie nicht zu lange in der kalten Luft bleiben können, da der gleiche Wärmetransport durch Konvektion Ihre Haut viel schneller abkühlt als durch Wärmeleitung allein.

Nachdem der Ofen einige Minuten gelaufen ist, erreichen der Ofen und die Luft darin die Zieltemperatur (nehmen wir 200 ° C an, können aber je nach Einstellung variieren).Um Ihre Hand in den Ofen zu legen, müssen Sie jedoch die Tür öffnen.Wenn Sie die Tür öffnen, tritt die heiße Luft schnell aus.Dann kann die Luft im Ofen nicht in die Nähe von 200 ° C gelangen, da Luft ein schlechter Wärmeleiter ist und Zeit zum Aufheizen benötigt.Da Sie die Tür geöffnet haben, wird das Innere des Ofens mit kalter Luft aufgefüllt, wenn die heiße Luft aufsteigt und den Ofen verlässt.All dies setzt natürlich voraus, dass Sie die Ofentür nicht mit der Hand nach innen schließen.

Die Luft, die beim Öffnen sofort aus dem Ofen austritt, hat tatsächlich 200 ° C.Kann aber nicht länger als ein paar Momente mit Ihrer Hand in Kontakt sein, da sie sich schnell hebt.Dies ist viel zu kurz, damit die Luft genug Wärme auf Ihre Hand übertragen kann, um Ihnen normalerweise Schaden zuzufügen. Versuchen Sie dies jedoch nicht zu Hause.

Luft ist kein sehr guter Leiter.Schauen Sie sich einfach Ihren Kuchen als Beispiel an.Wenn Luft ein guter Wärmeleiter wäre, würden Sie schwarzen Kuchen essen!

Beachten Sie, dass dieser Effekt nicht nur für Luft gilt, sondern bei allen Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit beobachtet werden kann.Hier ist zum Beispiel ein Mann, der mit bloßer Hand ein leuchtend gelbes Stück (ca. 900 ° C) Aerogel aus dem Ofen hält:

(entnommen aus diesem Youtube-Video).

Neben all den guten Antworten wird nicht erwähnt, dass die Hand beispielsweise durch die Durchblutung aktiv gekühlt wird (und wie Overclocker wissen, ist die Flüssigkeitskühlung in vielerlei Hinsicht überlegen).Als solches könnte die Hand wahrscheinlich auf unbestimmte Zeit im Ofen bleiben, da sie die verbleibende Masse des menschlichen Körpers hat, in die die Wärme abgelassen werden kann

Um noch einen Schritt weiter zu gehen: Denken Sie an dasselbe Experiment, aber jetzt ist der Ofen bei 200 ° C mit Wasserdampf gefüllt und nicht mit Luft.

Die Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit von Wasserdampf ist ungefähr so schlecht wie die von Luft.Aber Sie würden immer noch schwer verbrannt!

Der Unterschied besteht darin, dass Wasserdampf an Ihrer Hand kondensiert und seine latente Wärme abgibt.

Heiße Luft verbrennt Sie also nicht, weil ihre Wärmekapazität gering ist (es braucht wenig Wärme, um ihre Temperatur stark zu ändern), weil ihre Wärmeleitfähigkeit gering ist (Luft leitet die Wärme nicht gut von den Wänden des Ofens zu IhremHand) und weil sich der Zustand beim Kontakt Ihrer Hand nicht ändert.

Luft ist nicht wärmeleitend genug, um in ausreichend kurzer Zeit genügend Wärmeenergie zu übertragen, um sich als besonders schmerzhaft zu registrieren.Versuchen Sie jedoch, Ihren Arm etwas länger dort zu halten, da er für Ihren Geschmack möglicherweise etwas zu knusprig wird.