Lämmönsiirto määritelty

Lämmönsiirto on prosessi, jossa lämpö siirtyy korkean lämpötilan säiliöstä matalan lämpötilan säiliöön. Termodynaamisen systeemin kannalta lämmönsiirto on systeemin ja ympäristön välisestä lämpötilaerosta johtuvaa lämmön siirtymistä systeemin rajan yli. Lämmönsiirto voi tapahtua myös järjestelmän sisällä johtuen lämpötilaerosta järjestelmän eri kohdissa. Lämpötilaeroa pidetään ”potentiaalina”, joka aiheuttaa lämpövirran, ja itse lämpöä kutsutaan lämpövirraksi.

Lämmönsiirron moodit

Lämmönsiirrossa kahden kappaleen välillä on kolme moodia: johtuminen, konvektio ja säteily. Nämä on kuvattu alla:

Johtuminen: Lämmön siirtymistä kahden kiinteän kappaleen välillä kutsutaan johtumiseksi. Se riippuu kuuman ja kylmän kappaleen lämpötilaerosta. Esimerkki johtumislämmönsiirrosta on kaksi eri lämpötilassa olevaa kappaletta, joita pidetään kosketuksissa toisiinsa. Toinen esimerkki on metallin, kuten kuparin, toisen pään lämmittäminen; johtumislämmönsiirron ansiosta myös metallin toinen pää lämpenee.

Konvektio: Lämmön siirtymistä kiinteän pinnan ja nesteen välillä kutsutaan konvektiolämmönsiirroksi. Tarkastellaan lämmitettävää vesiastiaa, jolloin veden lämpeneminen astian lämmönsiirrosta johtuen on konvektiolämmönsiirtoa.

Säteily: Kun kaksi kappaletta ovat eri lämpötiloissa ja etäisyyden päässä toisistaan, niiden välistä lämmönsiirtoa kutsutaan säteilylämmönsiirroksi. Johtumis- ja konvektiolämmönsiirrossa on väliaine, joka siirtää lämpöä, mutta säteilylämmönsiirrossa ei ole väliaineita. Säteilylämmönsiirto tapahtuu ilmakehässä olevien sähkömagneettisten aaltojen ansiosta. Yksi tärkeimmistä esimerkeistä säteilylämmönsiirrosta on auringon lämpö, joka osuu maapallolle.

Lämmönsiirto termodynamiikan toisen lain mukaan

Lämmönsiirto tapahtuu termodynamiikan toisen lain mukaan korkealämpöisestä kappaleesta matalalämpöiseen kappaleeseen. Lämpöä ei siirry spontaanisti matalalämpöisestä kappaleesta korkealämpöiseen kappaleeseen. Jotta lämpö siirtyisi matalalämpöisestä kappaleesta korkealämpöiseen kappaleeseen, on tehtävä ulkoista työtä.

Matemaattisissa laskelmissa systeemin tai kappaleen saamaa lämpöä pidetään positiivisena ja systeemin menettämää lämpöä pidetään negatiivisena. Tämä tarkoittaa, että systeemiin virtaava lämpö on positiivinen ja systeemistä ulos virtaava lämpö on negatiivinen. Lämmönsiirron määrää merkitään symbolilla Q.

Prosessia, jossa systeemin ja ympäristön välillä ei tapahdu lämmön siirtymistä, kutsutaan adiabaattiseksi prosessiksi. Seinää tai rajaa, joka ei salli lämmön virtausta systeemin ja ympäristön välillä, kutsutaan adiabaattiseksi seinäksi ja seinää, joka sallii lämmön virtauksen systeemin ja ympäristön välillä, kutsutaan diatermiseksi seinäksi.

MKS-järjestelmässä lämmönsiirron yksikkö on cal ja SI-järjestelmässä se on Joule. Lämmön siirtonopeus ilmoitetaan yksikössä KW.

Miten lämpö toimii

Mitä on energia?

Energialähteet: Renewable and Non-Renewable Sources

Sugged Readings

Mitä on entropia?

Mitä on termodynaaminen tasapaino?

Mitä on aineen ominaislämpö?

Mitä on palautuva ja palautumaton prosessi?

Termodynamiikan toinen laki

Termodynamiikan toisen lain eri lausekkeet

Mitä on termodynaaminen käänteinen lämpövoimakone?

Mitä on termodynamiikka

Termodynamiikan ensimmäinen laki

Termodynamiikan kolmas laki