Varmeudligning

Varmeudligning er processen hvor varme fordeler sig i et system som følge af temperaturforskelle og fører til termisk ligevægt, hvor alle dele har samme temperatur. Den kan foregå inden i et fast stof, i væsker og gasser, eller mellem legemer i kontakt eller gennem stråling.

Der findes tre hovedmekanismer for varmeoverførsel: ledning, konvektion og stråling. Ledning opstår i materialer og er beskrevet af Fourier’s lov, som i simpel form siger at varmeoverførsel Q over tid t gennem et tværsnit er proportional med temperaturforskellen og materialets ledningsevne k: Q/t = -k A (dT/dx). Konvektion sker når varme transporteres af bevægelse i væsker eller gasser og afhænger af væskens eller gasens varmeudvekslingskoefficient. Stråling er varmestråling mellem overflader og afhænger af overfladeegenskaber og temperaturer.

I tidlige (transiente) tilstande ændrer temperaturer sig over tid, og varmefordelingen kan beskrives ved varmeledningens ligning. I stationære tilstande er varme ind og udbalanceret, så temperaturfeltet bliver tids=uafhængigt og følger ofte simple gradienter afhængigt af geometri og grænsebetingelser.

Faktorer der påvirker varmeudligning inkluderer materialets termiske ledningsevne k, den specifikke varmekapacitet c, densiteten ρ og systemets geometri, samt grænsefladebetingelser som kontaktmodstand og omgivelsers konvektions- eller strålingsparametre. Anvendelser omfatter design af bygningsisolering, elektronikkøling, varmevekslere og andre tekniske systemer hvor kontrol af temperaturfordeling er vigtig.