Lämpövirran

Lämpövirta on energian siirtymää lämpötilojen eron vuoksi kahden järjestelmän osien välillä. Siirtymä voi tapahtua kolmen perusmekanismin kautta: johtuminen, konvektio ja säteily. Lämpövirran kokonaismäärä Q̇ mitataan usein wattien (W) yksikössä, ja sen lämpövirran tiheys q'' (W/m^2) kuvaa energian siirtymää pinta-alaa kohti.

Johtuminen (johdettu siirtymistä materiaalin läpi) noudattaa Fourierin lakia: Q̇ = -k A dT/dx, jossa k on lämmönjohtavuus ja A on poikkipinta-ala. Lämpövirran suunta seuraa lämpötilan laskua, ja suurempi lämpötilaväli sekä suurempi kosketus-ala nopeuttavat siirtymää.

Konvektio syntyy, kun lämpö siirtyy nesteen tai kaasun mukana. Newtonin lailla jäähdytys (konvektion lämpösiirto) voidaan ilmoittaa Q̇ = h A ΔT, missä h on lämmönsiirto-kerroin ja ΔT on lämpötilojen ero. Konvektion luonnollista tai pakotettua (esimerkiksi tuuletuksen) vaihtelua säätelevät virtausolosuhteet ja käyttökohteen geometria.

Säteily on lämpösiirtoa sähkömagneettisten säteiden kautta. Säteilylaki voidaan esittää Q̇ = ε σ A (T^4 − T0^4), jossa ε on emissiviteetti ja σ on Stefan–Boltzmannin vakio. Tämä mekanismi ilmenee erityisesti korkeissa lämpötiloissa ja avaruusolosuhteissa.

Lämpövirran käsittelyyn liittyy myös terminen vastus ja lämpöeristykset; käytännössä suunnittelussa huomioidaan materiaalin k, pinta-ala, paksuus ja olosuhteet. Lämpövirta on keskeinen käsite rakennusten energiatehokkuudessa, elektroniikkalaitteiden jäähdytyksessä ja teollisissa lämmönvaihtojärjestelmissä.

Historianlta mainittakoon Joseph Fourier, joka kehitti Fourierin lain ja loi perustan matematiselle mallintamiselle lämpösiirrossa.