Energiavirtoja

Energiavirtoja kuvaa energian siirtymisen määrä tietyn pinta-alan kautta aikayksikössä. Yleisesti ne määritellään energian määrä per pinta-ala ja per aika, eli yksikönä on W/m². Energiavirtoja esiintyy monissa fysikaalisissa ja teknisissä prosesseissa, joissa energia siirtyy systeemin ja ympäristön välillä.

Fysiikassa ja tekniikassa energiavirtoja tarkastellaan erityisesti kolmella pääreitteillä. Lämpövirta kuvaa sitä, miten lämpö siirtyy kappaleesta toiseen lämpötilaerosta johtuen; Fourierin laki antaa lämpövirran q" = -k grad T. Säteilyvirta puolestaan kuvaa elektromagneettisen säteilyn siirtymää—Poynting-vektori S määrittää energian kulun sähkömagnetisella kentällä, ja mustan kappaleen säteilyn voimakkuus noudattaa Stefan–Boltzmannin lakia. Massavaihdot tai advektio voi lisäksi tuoda energian virran mukana nesteen tai ilman liikkeen mukana.

Biologiassa energiavirtoja tutkitaan ekosysteemien energiansiirtona auringosta kasveihin, kasvinsyömjiin ja edelleen petoihin. Auringonenergia muutetaan kemialliseksi energiaksi fotosynteesissä, ja energian määrä siirtyy sukkessiona trophisella tasolla. Siirto on epätarkoitusta tehokkaampaa, ja esimerkiksi kunkin tason energia voi olla vain noin kymmenesosa seuraavalle tasolle siirryttäessä.

Energiavirtojen mittaus ja laskenta ovat keskeisiä muun muassa ilmastomallinnuksessa, rakennusfysiikassa ja energiatehokkuuden suunnittelussa. Ne auttavat ymmärtämään, miten eri prosessit vaikuttavat energian jakautumiseen, lämpötilan säätelyyn ja aineiden kiertoon ympäristössä.