Lämmönsiirto vie kentän, jolla on laaja valikoima toimintoja, yksinkertaisista esineiden lämmitys- ja jäähdytysprosesseista edistyneisiin termodynaamisiin käsitteisiin lämpöfysiikassa. Jotta ymmärtäisit, kuinka juoma jäähtyy kesällä tai kuinka lämpö kulkee auringosta maahan, sinun on tartuttava näihin lämmönsiirron perusperiaatteisiin.
Toinen termodynamiikan laki
Termodynamiikan toisessa laissa todetaan, että lämpö siirtyy korkeamman lämpötilan esineestä alemman lämpötilan esineeseen. Suuremmat energiaatomit (ja siten korkeampi lämpötila) liikkuvat kohti alempia energiatomeja (matalampi lämpötila) tasapainon (tunnetaan nimellä terminen tasapaino) ylläpitämiseksi. Lämmönsiirto tapahtuu tämän periaatteen säilyttämiseksi, kun esine on eri lämpötilassa kuin toinen esine tai sen ympäristö.
Lämmönsiirto johtamalla
Kun ainehiukkaset ovat suorassa kosketuksessa, lämmönsiirto tapahtuu johtamisen avulla. Viereiset korkeamman energian atomit värisevät toisiaan vastaan, mikä siirtää korkeamman energian alempaan energiaan tai korkeamman lämpötilan alempaan lämpötilaan. Toisin sanoen korkeamman intensiteetin ja korkeamman lämmön atomit tärisevät, mikä siirtää elektronit pienemmän intensiteetin ja pienemmän lämmön alueille. Nesteet ja kaasut ovat vähemmän johtavia kuin kiinteät aineet (metallit ovat parhaita johtimia), koska ne ovat vähemmän tiheitä, mikä tarkoittaa, että atomien välillä on suurempi etäisyys.
Konvektiolämmönsiirto
Konvektio kuvaa lämmönsiirtoa pinnan ja liikkuvan nesteen tai kaasun välillä. Kun neste tai kaasu kulkee nopeammin, konvektiivinen lämmönsiirto kasvaa. Kaksi konvektiotyyppiä ovat luonnollinen konvektio ja pakotettu konvektio. Luonnollisessa konvektiossa nesteen liike johtuu nesteen kuumista atomeista, joissa kuumat atomit liikkuvat ylöspäin kohti ilman viileämpiä atomeja - neste liikkuu painovoiman vaikutuksesta. Esimerkkejä tästä ovat nousevat tupakansavun pilvet tai ylöspäin nousevan auton kuomu. Pakotetussa konvektiossa neste pakotetaan kulkemaan pinnan yli tuulettimen tai pumpun tai muun ulkoisen lähteen avulla.
Lämmönsiirto ja säteily
Säteily (ei pidä sekoittaa lämpösäteilyyn) viittaa lämmön siirtoon tyhjän tilan läpi. Tämä lämmönsiirtomuoto tapahtuu ilman väliintuloainetta; säteily toimii myös täydellisessä tyhjiössä ja sen läpi. Esimerkiksi aurinkoenergia kulkee avaruuden tyhjiön läpi ennen kuin lämmönsiirto lämmittää maapalloa.
Lämmönsiirto on olennainen osa asiaankuuluvien aiheiden koulutusta, kuten kemian tai koneenrakennuksen opetussuunnitelmassa. Valmistus ja LVI (lämmitys, ilmanvaihto ja ilmanjäähdytys) ovat esimerkkejä teollisuudenaloista, jotka luottavat voimakkaasti termodynamiikkaan ja lämmönsiirron periaatteisiin. Lämpötiede ja lämpöfysiikka ovat korkeampia koulutusaloja, jotka käsittelevät lämmönsiirtoa.
