värmeövergång

Värmeövergång är överföring av termisk energi mellan system eller delar av ett system som har olika temperaturer. Överföringen sker utan att massan nödvändigtvis flyttas och kan ske i fasta ämnen, vätskor och gaser samt mellan ett ämne och dess omgivning.

Det finns tre huvudsakliga mekanismer för värmeövergång. Konduktion är energiöverföring genom kontakt eller genom vibrations och molekylära kollisioner i ett material. I fasta ämnen dominerar ofta konduktion och mediet har en temperaturgradient. Denna överföring beskrivs ofta med Fourier’s lag, q" = −k dT/dx, där k är materialets värmeledningsförmåga och q" är värmeflödet per ytaenhet.

Konvektion överför värme via en fluid som rör sig. Den naturliga konvektionen uppstår när fluiderna själv får rörelse av temperaturskillnader, medan tvingad konvektion styrs av externa krafter som pumpar eller fläktar. Värmeflödet kan beskrivas med Newtons kylerule, q" = h (T_s − T∞), där h är konvektionsvärmeövergångskoefficienten och T_s och T∞ är yttemperaturen respektive fluidentemperaturen långt från ytan.

Strålning är energioverföring genom elektromagnetiska vågor och kräver inget medium. Den följer Stefan-Boltzmann-lagen: q" = ε σ (T_s^4 − T_env^4), där ε är emissiviteten hos ytan och σ är Stefan-Boltzmann-konstanten. Strålning kan dominera vid höga temperaturer eller i vakuum.

Tillämpningar av värmeövergång finns inom byggnader, där isolering och ventilationsdesign används för att kontrollera energianvändningen; inom industrin och värmeväxlare där energi återvinns; och inom elektronik där kylning av komponenter är kritisk. Viktiga faktorer är temperaturdifferens, materialets egenskaper och geometrin hos gränsytor och flöden.