Lämmön siirtyminen

Lämmön siirtyminen tapahtuu spontaanisti aina korkeammasta lämpötilasta matalampaan eli lämpimästä kylmään. Tämän ilmaisee termodynamiikan toinen pääsääntö, jonka mukaan lämpötilaerot pyrkivät tasoittumaan.

Lämpö voi siirtyä kolmella eri mekanismilla, jotka ovat johtuminen, säteily ja kuljetus eli konvektio.

• Johtuminen eli konduktio on lämmön siirtymistä aineen sisällä. Lämpö voi siirtyä johtumalla myös aineesta toiseen, mikäli aineet ovat kosketuksissa toisiinsa. Teknisesti johtuminen kuvataan yleensä lineaarisena ilmiönä, jossa lämpövuo q [W/m²] kahden tason välillä on lämmönjohtavuuden k [W/m] ja tasojen välisen etäisyyden l [m] osamäärä. On tosin otettava huomioon, että lämmönjohtavuus on materiaalin lämpötilan funktio, ja oletus lineaarisuudesta on jossain määrin näennäinen.

• Säteilyllä tarkoitetaan fysiikassa hiukkasten tai energian siirtymistä säteilylähteestä ympäristöön tai kohteeseen. Lämpösäteily on kappaleen pinnalta lähtevää sähkö­magneettista säteilyä, jonka teho on suoraan verrannollinen pinnan absoluuttisen lämpö­tilan neljänteen potenssiin ja riippuu myös pinnan säteilyominaisuuksista. Huoneenlämpöisen kappaleen säteily on infrapunasäteilyä, mutta hehkuvan kuuma kappale lähettää myös näkyvää valoa. Osuessaan toiseen kappaleeseen säteily absorboituu kokonaan tai osittain ja lämmittää vuorostaan sitä.

• Konvektio eli kuljetus on lämmön siirtymistä virtaavan aineen eli fluidin mukana. Niin sanottu vapaa konvektio aiheutuu lämpötilaerosta, joka aiheuttaa tiheyseroja. Kuuma, harva aine kohoaa painovoimakentässä ylöspäin. Liikkeellepaneva voima on siis noste. Jäähtyessä aineen tiheys kasvaa, ja se alkaa laskeutua alaspäin. Konvektiosta on kysymys myös, kun lämmitettyyn rakennukseen tulee oven tai ikkunan raosta kylmää ilmaa eli vetoa. Niin kutsutussa pakotetussa konvektiossa kaasu tai neste saatetaan liikkeeseen esimerkiksi puhaltimen tai pumpun avulla, jolloin konvektiokerroin (lämmönsiirron tehokkuus pinnan ja kaasun/nesteen välillä) on huomattavasti korkeampi kuin vapaassa konvektiossa. Keino­tekoisesti aikaan­saatua lämmön kuljetusta käytetään hyväksi kauko­lämmityksessä.

Yhtenä erikoistapauksena on nesteen tai kaasun olomuodon muutos kosketuksissa kiinteän aineen pintaan. Tällöin lämmönsiirto pinnan ja kaasun/nesteen välillä on erikoisen tehokas.

Katso myös

• lämpösäteily

Aiheesta muualla

• Heat Transfer Textbook by John H. Lienhard IV and John H. Lienhard V.(englanniksi)