Lämmönsiirtotapoja

Lämmönsiirtotavat kuvaavat, miten lämpöenergia siirtyy kappaleelta toiselle tai ympäristöön. Pääasialliset mekanismit ovat johtuminen, konvektio ja säteily. Lämpötilagradientti ja materiaalin ominaisuudet määräävät, kuinka tehokkaasti kutakin mekanismia tapahtuu. Lisäksi faasimuutosten yhteydessä siirtyy lämpöä latentti energiana.

Johtuminen tapahtuu, kun lämpö siirtyy suoraan kosketuksessa olevien aineiden välillä. Kiinteissä aineissa johtuvuus johtuu atomien vuorovaikutuksista ja, metallien sisällä, vapaiden elektronien liikkeestä. Eristetyt aineet johtavat vähän. Lämpövirta voidaan kuvailla Fourierin lain kaltaisella tavoin: virta on verrannollinen lämpötilagradienttiin.

Konvektio on lämpösiirtoa nesteessä tai kaasussa liikkuvan massan mukana. Luonnollinen konvektio syntyy, kun lämmin neste kohoaa ja kylmä kuviointi syrjäytyy; pakotettu konvektio tapahtuu esimerkiksi tuulettimien tai kiertovesijärjestelmien avulla. Konvektion tehokkuuteen vaikuttavat nesteen ominaisuudet, virtausnopeus ja lämpötilavaihtelut.

Säteily on lämpösiirtämistä elektromagneettisen säteilyn kautta ilman väliaineen tarvetta. Kaikki kappaleet vastaanottavat ja säteilevät lämpöä, ja vaikutus riippuu emissivisyydestä sekä lämpötilasta; siihen sovelletaan Stefan–Boltzmannin lakia. Faasimuutoksissa lämpöä siirtyy ilman lämpötilan vastaavaa muutosta, kun aine muuttaa faasiaan (esim. sulaminen, höyrystyminen).

Käytännössä lämmönsiirtotavat muodostavat yhdessä monimutkaisia prosesseja rakennusten, teollisuuden ja energiantuotannon suunnittelussa. Eristeet, ilmastointi ja lämpöjohtavuuden hallinta vaikuttavat siihen, miten tehokkaasti lämpöä siirtyy toivotulla tavalla.