¿Cómo percibimos la temperatura de un objeto?

Question

Algunos objetos, especialmente los metálicos, se sienten fríos al tocarlos y otros como la madera, etc. se sienten cálidos al tocarlos. Ambos están expuestos al mismo entorno y están en su estado estable, por lo que algún tipo de equilibrio debe estar siendo alcanzado. ¿Qué es este equilibrio?

¿Y cómo percibimos el calor o el frío de un objeto? ¿La piel tiene algún tipo de sensores de calor, etc., que transmiten señales al cerebro? ¿Cómo transmiten/convey la imagen formada en la retina a cerebro?

Answer 1

Imagina la capa de piel en la punta del dedo que está en contacto con el objeto que tiene una temperatura más baja que la del cuerpo. Si el objeto tiene una alta capacidad calorífica y una alta conductividad térmica (como el metal), entonces la piel del dedo llegará a una temperatura de equilibrio que es más baja que si estuviera en contacto con un objeto que tiene una menor capacidad calorífica y una menor conductividad (como la madera). Por lo tanto, los nervios en la punta del dedo están detectando la temperatura, pero es la temperatura de la capa de piel la que se está midiendo, no la temperatura del objeto.

En otras palabras, el cuerpo está tratando de mantener la piel caliente mediante el flujo sanguíneo y la conducción de calor, pero el metal es mejor para reducir la temperatura de la piel que la madera.

Answer 2

En todo el caparazón del cuerpo externo (ectodermo), que abarca la piel y el tejido adiposo subcutáneo, los termorreceptores están incrustados en fibras nerviosas libres (por lo tanto, estos tipos de receptores no son tipos celulares especiales, a diferencia de los fotorreceptores, por ejemplo). Hay dos tipos de fibras: aferencias del grupo III (sensibles al frío) y aferencias del grupo IV (sensibles al calor).

En las membranas de estas fibras nerviosas celulares hay proteínas específicas ancladas. Esas proteínas se llaman canales TRP (Potencial de receptor transitorio), que pueden conducir iones a demanda.

Cuando se detecta una diferencia de temperatura en la periferia de la piel, cambian su conformación y se abren, lo que conduce a la entrada de iones de Na+, Ca2+ y Mg2+ que conducen a potenciales de acción transmitidos al sistema nervioso central.

Esos tipos de termorreceptores funcionan como sensores proporcionales-diferenciales: los cambios rápidos de temperatura en la piel (tocar una taza de café caliente) son respondidos con una frecuencia muy alta de potenciales de acción; luego se adaptan a la temperatura y disparan con menos frecuencia, pero aún más frecuencia que de forma predeterminada. Este tipo de disparo lleva a la impresión de sostener algo en la mano que está más caliente que la propia piel antes de tocarlo.

Curiosamente, los receptores TRP pueden ser activados a través de la capsaicina (molécula picante del chile), la alicina (molécula de aroma de ajo), el alilo isotiocianato (compuesto de wasabi), el mentol o incluso el THC. Esta es la razón por la cual el chile puede evocar una verdadera sensación de calor mientras que el mentol evoca la impresión de frío cuando, por ejemplo, se prueba un chicle de mentol.

Con estos dispositivos biológicos, una persona puede percibir diferencias de temperatura de 0.2 K como máximo.

Answer 3

El mecanismo elaborado para la detección de calor en la piel humana es principalmente llevado a cabo por el sistema somatosensorial, el cual es responsable de la temperatura, el tacto y la sensación de presión.

El sistema somatosensorial contiene termorreceptores que son principalmente responsables de la sensación térmica. wiki

Estos termorreceptores son capaces de detectar temperaturas absolutas, hasta cierto punto, y temperaturas relativas, principalmente.

Su funcionamiento está atribuido a complejos caminos de conducción iónica de $Na^+$ y $Ca^{2+}$.

Answer 4

No conozco el proceso biológico actual, pero sé que nuestro cuerpo detecta la transferencia de calor, no la temperatura. Es por eso que un objeto con un coeficiente de transferencia de calor más alto (como objetos metálicos) parece estar más frío que la madera a la misma temperatura, por ejemplo.

Answer 5

Para la primera parte de tu pregunta: ¿Qué es este equilibrio?

A temperatura ambiente, el objeto metálico o de madera está en equilibrio con su entorno. Cuando tocas el objeto, este equilibrio se ve perturbado. Como la piel de tus dedos estará bastante por encima de la temperatura ambiente cuando tocas el objeto, el calor fluirá de tu dedo al objeto. La cantidad de calor depende del área de contacto, la fuerza con la que tocas el objeto, etc. Tu dedo se enfriará, ya que el calor está fluyendo hacia el objeto.

Se alcanza un equilibrio nuevamente cuando este flujo de calor no cambia con el tiempo. Esto puede significar que el objeto tiene la misma temperatura que tu piel o que el calor se está yendo hacia el entorno a una tasa constante a través del objeto.

La sensación de frío o calor depende de la cantidad de calor que sale de tu dedo hacia el objeto y es percibida por el cambio de temperatura real de tu dedo. El mecanismo biológico ha sido descrito muy bien por Vineet Menon.