jäähdytyslakia

Jäähdytyslaki, usein tunnettu Newtonin jäähdytyslakina, on termodynamiikan laki, joka kuvaa kappaleen lämpötilan muutosta ajan kuluessa kohti ympäristön lämpötilaa. Sen perusidea on, että lämpösiirto on pro rata verrannollista lämpötilaeroon T − Te, jossa T on kappaleen lämpötila ja Te on ympäristön lämpötila.

Matemaattisesti laki esitetään dT/dt = −k (T − Te), missä k on positiivinen vakio, joka koostuu sekä kappaleen ominaisuuksista että ympäröivästä energiansiirtoprosessista (konvektio, johtuminen ja joskus radiatiivinen siirto). Ratkaisu tietyllä alkutilalla T(0) = T0 on T(t) = Te + (T0 − Te) e^(−kt). Tämä osoittaa, että kappaleen lämpötila lähestyy Te:ä eksponentiaalisesti.

Tärkeimmät rajoitteet ovat olosuhteet, joissa laki pätee: Tehtävän ympäristön lämpötila on suurin piirtein vakio, lämpösiirto on likimäärin lineaarinen lämpötilaeron suhteen ja näin ollessa konvektio ja johtuminen domimoivat, samoin kuin lämpöä vaihtava säteily. Radiatiivinen siirto voi olla tärkeä erityisesti suurissa lämpötilaeroissa ja lämmiolennon monimutkaisissa geometrioissa. Lisäksi jos kappaleen ominaisuudet tai Te:n riippuvat lämpötilasta merkittävästi, malli vaatii lisäkomponentteja.

Historia: Newton esitti tämän lain vuonna 1701 osana tutkimuksiaan lämpösiirrosta, ja siitä on tullut peruskeinona lämpökemian ja lämpötekniikan laskelmissa.

Sovelluksia on laajalti: jäähdytys- ja lämmitysprosesseihin, nesteiden ja kaasujen lämpötilan mallintamiseen sekä laadunvalvontaan esimerkiksi elintarvikkeiden ja juomien jäähdytyksessä. Rajoitukset huomioidaan, kun mitataan nopeasti vaihtuvia lämpötiloja tai huomioidaan merkittävä säteilyteho.