Lämpöenergia kulkee paikasta toiseen lämmön siirron aikana. Kaikki aine siirtää lämpöä, koska atomeilla ja molekyyleillä on luonnostaan dynaamista ja lämpöenergiaa. Lämmönsiirto on lämmön virtausta, joka johtuu järjestelmän ja sen ympäristön välisestä lämpötilaerosta. Lämpötila ja lämmön liike ovat lämmönsiirron perusperiaatteet. Lämmönsiirtoon on kolme erilaista lämmönsiirtoa riippuen siitä, minkä tyyppistä väliainetta käytetään lämmön siirtämiseen: johtavuus, konvektio ja säteily. Johtuminen on lämpöenergian suoraa siirtymistä ja konvektio on lämmön liikettä, jonka aiheuttaa aineen todellinen liike, kun taas säteily on energian siirtoa sähkömagneettisten aaltojen avulla.
Mikä on konduktio?
Kiinteissä esineissä on lämmönsiirtomuoto, jota kutsutaan johtumiseksi. Se voidaan selittää prosessina, jossa lämpö siirtyy suoraan molekyylistä toiseen; molekyylit eivät luonnostaan liiku, vaan värähtelevät enemmän tai vähemmän nopeasti toisiaan vastaan. Johtuminen on pidempi prosessi kuin konvektio tai säteily, koska se tarvitsee molekyylejä joutuakseen kosketukseen toistensa kanssa. Energiatiheät atomit ja molekyylit törmäävät useammin muiden hiukkasten kanssa ja niillä on enemmän dynaamista energiaa. Ne ovat kuumia. Kuumien ja kylmien aineiden törmäyksessä siirtyy pieni määrä energiaa, jonka jälkeen johtuminen ajetaan pois.
Esimerkkejä
- Pannun kuumennus polttimella.
- Kun silität vaatteita, kuitu saa lämpöä raudasta.
- Vesi lämmitetään laittamalla se sisään kuumalla raudalla.
- Yhteydenotto höyryävän kahvikupin kanssa.
- Jää jäähdyttää kämmentäsi.
Mikä on konvektio?
Konvektio on lämmön siirtymistä paikasta toiseen nesteiden tai nesteiden virtauksen mahdollistamana, ja se tapahtuu sekä nesteissä että kaasuissa. Neste laajenee ja menettää tiheyttä kuumennettaessa. Kun se liikkuu ylöspäin, lämmitetty neste työntyy alas kohti lämmönlähdettä erottaen sen yläpuolella olevan kylmän nesteen. Neste siirtyy jatkuvasti korkean kuumuuden alueelta matalaan lämpöön, kun kylmä neste lämpenee ja nousee ylöspäin.
Esimerkkejä
- Polttimen käyttö veden lämmittämiseen.
- Maa- ja merituuli
- Toisin kuin uuni, jossa käytetään vain lämmityskomponentteja tai kaasuliekkiä, konvektiouuni kierrättää kuumennettua ilmaa kypsennyksen aikana tasaisemmin.
- Lämmin ilma nousee, jäähtyy ja laskee.
- Jää sulaa.
Mikä on säteily?
Sekä konvektio että johtuminen vaativat kuljetusvälineen lämmön siirtämiseksi. Vertailun vuoksi säteily on lämmönsiirron muoto, jossa näiden kahden asian välillä ei ole fyysistä kosketusta. Säteily on nimitys lämmönsiirtoprosessille, jossa siirtoväline ei ole välttämätön. Koska lämpö ei kulje molekyylien läpi, se viittaa lämmön liikkumiseen aalloissa. Lämpöä voidaan siirtää esineiden välillä ilman, että ne joutuvat lähelle. Tämä lämmönsiirtomenetelmä sisältää sähkömagneettista säteilyä.
Esimerkkejä
- Lämpöä säteilee tulisijojen alueelle.
- Auringon säteily lämmittää ihoasi.
- mukavuus, jonka koet lähellä kokkoa tai liesiä.
- Hehkulampun tuottamaa valoa.
- Ruoan lämpöenergiaa lisää mikroaaltouunin tuottama mikroaaltosäteily.
Ero johtumisen, konvektion ja säteilyn välillä
Vertailuperuste | Johtuminen | Konvektio | Säteily |
|---|---|---|---|
| Määritelmä | Konduktio on prosessi, jossa lämpöä siirretään esineiden välillä fyysisen kosketuksen kautta. | Konvektio on lämmönsiirron tyyppi, jossa nesteessä tapahtuu energianmuutos. | Säteilyllä tarkoitetaan prosessia, jossa lämpö siirtyy asioiden välillä ilman suoraa fyysistä kosketusta. |
| Lämmönsiirto | Korkean lämpötilan omaava kappale tai esine siirtää lämpöä sellaiseen, jonka lämpötila on matala. | Pienitiheyksinen alue siirtää lämpöä tiheään paikkaan. | Atomit ja yhdisteet välittävät energiaa pyörimis- ja värähtelyliikkeidensä kautta. |
| Lämmönsiirron nopeus | Hidas verrattuna konvektioon ja säteilyyn. | Nopeampi kuin johtuminen, mutta hitaampi kuin säteily. | Nopein verrattuna johtumiseen ja konvektioon. |
| Lämpötilan vaikutus | Jatkuu, kunnes molempien kohteiden lämpötilat ovat samat. | Tämä lämmönsiirto jatkuu niin kauan kuin lämpötilaero on olemassa. | Niin kauan kuin säteilevää energiaa on, siirto jatkuu. |
| Tapahtuu läpi | Kuumenna kiinteät aineet. | Nesteitä tai nesteitä tai kaasuja. | Sähkömagneettinen aalto |
| Syy | Lämpötilan muutoksen takia. | Tiheyseroista johtuen. | Kaikki asiat aiheuttavat tämän ilmiön, kun lämpötila ylittää 0 K. |
| Heijastuksen ja taittumisen laki. | Ei seuraa. | Ei seuraa. | Se seuraa. |
| Vaikuttavat tekijät | Lämpötila ja liike-energia. | Nesteiden tiheys. | Lämpötila. |
| Esimerkki | Pannun kuumennus polttimella. | Jää sulaa. | Hehkulampun tuottamaa valoa. |