Värmefördelningen

Värmefördelningen beskriver hur termisk energi sprids inom ett material eller mellan kroppar när temperaturer skiljer sig. Den föreställer sig ett temperaturfält som utvecklas över tid och avgränsas av materialens egenskaper och geometri. De tre huvudsakliga mekanismerna bakom värmefördelningen är ledning, konvektion och strålning: ledning sker genom fasta ämnen och överför energi mellan närliggande partiklar; konvektion sker i vätskor och gaser när flöden transporterar värmen; strålning överför energi som elektromagnetiska vågor och kräver inget medium utan kan ske i vakuum.

Värmeflödet kan beskrivas med olika principer beroende på sammanhang. Fourier’s lag anger att värmeflödet genom ettmaterial är proportional med temperaturgradienten och materialets värmeledningsförmåga. I flytande och gasformiga system dominerar konvektivt överföring när fluidens rörelse bidrar till värmetäthet. Strålning följer principer som styrs av temperaturen och emittansen hos ytorna. I praktiken kombineras dessa mekanismer för att beskriva hur ett temperaturfält utvecklas; ofta används värmeekvationen för att modellera det tidsberoende fältet och Laplaces ekvation i stationära fall.

Värmefördelningen påverkas av materialets termiska egenskaper — värmeledningsförmåga, specifik värme och termisk massa — samt av geometrin, kontaktytor, isolering och yttre förhållanden som luftström och temperaturskillnader. I byggnader är målet ofta att kontrollera värmefördelningen för komfort och energieffektivitet, medan det i elektronik och industri handlar om att fördela eller avlägsna värme för att undvika överhettning.