2 Energian siirtymistavat ja lämpö

FY03 Energia ja lämpö

Lämpö on siirtyvää energiaa

Lämpöä siirtyy itsestään kuumasta kylmään
- Lämpötilaerot pyrkivät tasoittumaan eli systeemit pyrkivät kohti termodynaamista tasapainoa
Siirtyvästä lämpöenergiasta käytetään nimeä lämpö tai lämpömäärä, merkitään Q (J)
- Siirtyvä lämpö Q muuttaa kappaleiden sisäenergiaa U
Mitä suurempi lämpötilaero, sitä suuremmalla teholla lämpöä siirtyy

Lämpö voi siirtyä kolmella eri tavalla
- Johtuminen
- Kuljettuminen (konvektio)
- Säteily
Eri lämmönsiirtymistavat näkyvät usein samassa tilanteessa

P = \frac{Q}{t} \Rightarrow Q = Pt

Lämpö siirtyy kappaleiden koskettaessa toisiinsa tai aineen sisällä ilman, että aine liikkuu
Kuumemman kappaleen (tai sen osan) hiukkaset törmäilevät rajapinnalla viileämmän kappaleen (tai sen osan) hiukkasiin
- Törmäyksessä hiukkasten lämpöliike samankaltaistuu, jolloin lämpötilaerot tasoittuvat
Materiaalit voidaan jakaa lämmönjohteisiin ja -eristeisiin lämmönjohtavuuskyvyn (W/m·K) mukaan

Lämpö siirtyy aineen mukana
Kuljettumisesta käytetään myös nimitystä konvektio (tai advektio)
- Lämpötilaerojen (tiheyserojen) tasaantuminen pystysuunnassa (konvektio)
- Lämpötilaerojen tasaantuminen vaakasuunnassa (advektio)

Lämpö voi siirtyä kuumasta kappaleesta kylmään ilman kosketusta säteilemällä
Kappaleet emittoivat (= lähettävät) ympäristöönsä säteilyä ja absorboivat (= imevät) samalla muiden kappaleiden säteilyä
- Sähkömagneettisen säteilyn aallonpituus ja voimakkuus riippuvat kappaleen lämpötilasta (huoneenlämpöiset kappaleet lähettävät infrapuna- eli lämpösäteilyä)
- Pintamateriaali vaikuttaa siihen, miten hyvin kappale lähettää tai vastaanottaa energiaa säteilynä

Kuva: Vipu 3 (Otava)