lämmönvirtaa

Lämmönvirtaus, eli lämmönsiirto, on prosessi, jossa lämpöenergia siirtyy kahden kappaleen tai tilan välillä lämpötilaeron vuoksi. Siirto tapahtuu kolmella perusmekanismilla: johtuminen (konduktio), konvektio ja säteily. Usein useampi mekanismi vaikuttaa samanaikaisesti, ja suunnittelussa tarkastellaan kokonaisvirtaa.

Johtuminen: lämpö siirtyy aineen sisällä tai sen välillä vuorovaikutuksesta tai elektronien liikkeestä. Fourierin laki kuvaa lämpövirran tiheyttä q'' konduktiossa: q'' = -k dT/dx, missä k on aineen lämmönjohtokyky. Laajemmin kokonaisvirta Q = -k A ΔT / Δx. Materiaalien k-arvot vaihtelevat suuresti: metallit ovat hyviä johtimia, eristeet huonoja.

Konvektio: lämpö siirtyy nesteen tai kaasun virtauksessa. Lämpövirta pinta-alaa kohden on q'' = h ΔT, jossa h on lämpösiirtokerroin. Konvektio voi olla luonnollista (lämpötilaerot aiheuttavat liikettä) tai pakotettua (virtausta ylläpidetään). Konvektiota vaikuttavat nesteen tai kaasun ominaisuudet sekä tilan geometria.

Säteily: säteilylämmön siirtyy sähkömagneettisena säteilynä, ei tarvitse mediaa. Tehokkuus riippuu emissiivisyydestä ε ja pinta-alasta A sekä ympäristön lämpötilasta. Lämpövirta: P = ε σ A (T^4 − T_env^4), missä σ on Stefan–Boltzmannin vakio.

Yhteenvetona lämmönvirta muodostuu useiden mekanismien summasta. Prosessia voidaan kuvata termisen resistanssin avulla: Q = ΔT / R_th, missä R_th muodostuu kunkin mekanismin vastuksesta. Käytännössä lämmönvirta on keskeinen tekijä rakennusten eristyksessä, elektroniikkalaitteiden jäähdytyksessä ja lämmönvaihtimissa.