Lämpöenergian siirtymistavat

Lämpöenergia voi siirtyä kolmella eri tavalla. Säteily ei tarvitse väliainetta edetäkseen. Johtuminen ja virtaus eli kulkeutuminen puolestaan tarvitsevat väliaineen (kuten maa, vesi, ilma tai metalli), joka siirtää lämpöenergiaa. Johtumisen ja virtauksen erona on se, että virtauksessa aine kuljettaa lämpöenergian. Johtumisessa ainetta ei siirry.

 

Säteilylämpö

Aurinko lämmittää Maata säteilemällä energiaa. Säteily etenee avaruudessa tyhjiön läpi. Maahan saapuessaan säteily lämmittää maanpintaa. 

Leivänpaahtimessa oleva leipä paahtuu, koska kuumana hehkuvat sähkövastukset säteilevät lämpöenergiaa leipään.
Eri aineet johtavat lämpöä eri tavalla

 

Lämmön kulkeutuminen

Ilma ja vesi virtaavat ja kuljettavat lämpöenergiaa paikasta toiseen. Golfvirta kuljettaa lämpöenergiaa Pohjolaan Meksikonlahdelta. Leivänpaahtimen vieressä oleva pöytätuuletin saa ilman virtaamaan, minkä välityksellä leivänpaahtimen synnyttämä lämpöenergia leviää ympäri keittiötä.

 

Lämmön johtuminen

Hopea johtaa hyvin lämpöä. Siksi hopeinen kahvilusikka lämpenee nopeasti kuumassa kahvissa.

 

Aineet johtavat lämpöä eri tavalla

Ajatellaan tilannetta, jossa sauna on ollut tunnin verran 80 °C lämpöisenä. Oletko koskaan nostanut kuumassa saunassa ollutta tyhjää metallista löylykiulua? Tunnet välittömästi metallin kuuman poltteen. Pystyt kuitenkin istumaan lauteilla, jotka ovat lämmenneet yhtä kauan. Kiulu tuntuu kuumemmalta kuin lauteiden puu, vaikka niiden lämpötila on sama.

Metallinen kiulu johtaa paremmin lämpöä kuin puinen saunan laude. Metallit ovat siis hyviä lämmönjohteita. Kun iho koskettaa metallia, lämpöä johtuu nopeasti metallista ihoon. Tämä saa metallin tuntumaan kuumalta. Kun taas iho koskettaa puista laudetta, lämpöä johtuu hitaammin ihoon. Tämä saa puun tuntumaan viileämmältä kuin metallisen naulan.

Oletko koskaan jättänyt polkupyörääsi yöksi pakkaseen? Satut koskemaan paljaalla kädellä sekä ohjaustangon päähän muoviseen osaan, että paljaaseen metalliin. Kun iho kosketti ohjaustangon metallia, johtui kädestä lämpöä nopeasti tankoon. Tämä sai tangon tuntumaan kylmältä. Kun käsi kosketti ohjaustangon muoviosaa, lämpöä johtui hitaammin ihosta muoviin. Tämä saa muoviosan tuntumaan vähemmän kylmältä kuin metallisen tangon. Muovi onkin esimerkki huonosta lämmönjohteesta eli eristeestä. Muita huonoja lämmönjohteita ovat esimerkiksi polystyreeni ja puu.

 

Eristäminen

Jääkaappi on esimerkki laitteesta, joka pyrkii estämään lämpöenergian siirtymisen kaapin sisälle. Jääkappi on rakennettu lämpöä eristävästä materiaalista. Eriste on aine, joka johtaa lämpöenergiaa huonosti. Lämmöneristeen tarkoituksena on estää lämpöenergiansiirtyminen lämpimämmästä huoneilmasta kohti viileämpää jääkaappia. Lämpöenergianluontainen siirtyminen tapahtuu aina lämpimästä kohti viileämpää. Lisäksi jääkaapin pitää tehdä työtä lämpöenergian siirtämiseksi pois jääkaapin sisältä. Työn tekemiseen tarvitaan sähköenergiaa.

Termospullo on esimerkki esineestä, joka pyrkii estämään lämpöenergian siirtymisen. Termospullon tarkoituksena on pitää pulloon laitettu kuuma neste kuumana tai kylmä neste kylmänä. Sen rakenne on suunniteltu siten, että se pyrkii estämään kaikki kolme lämpöenergian siirtymistapaa mahdollisimman hyvin.

Eläimillä on useita keinoja ylläpitää lämpötilaa kovalla pakkasella. Linnut pörhistelevät höyheniään kylmällä säällä. Höyhenten välissä oleva ilma toimii hyvänä eristeenä, joten lämmön haihtuminen hidastuu. Jääkarhun turkki eristää hyvin lämpöä. Valkean turkin alla on musta iho, joka imee hyvin lämpöenergiaa. Sen pienet korvat vähentävät lämmön haihtumista. Ihonalainen rasvakerros toimii puolestaan energiavarastona.

Lämmön siirtymissuunta

Kun maanpinta lämpenee Auringon säteilyn vaikutuksesta, myös ilma lämpenee. Tämä johtuu siitä, että lämpöenergian luonnollinen siirtymissuunta on lämpimästä kohti kylmää. Päiväntasaajalta siirtyy lämpöenergiaa kohti pohjoista tuulien ja merivirtojen mukana. Saman periaatteen johdosta talon sisällä oleva ulkoilmaa lämpimämpi ilma pyrkii pakenemaan ulos talosta.

 

Avainsanat

säteily: lämpöenergian siirtymisen muoto, joka ei tarvitse väliainetta

johtuminen: lämpöenergian siirtymisen muoto, jossa lämpö etenee aineessa aineen rakenneosasten lämpöliikkeenä

virtaus: lämpöenergian siirtymisen muoto, jossa aine kuljettaa lämpöenergiaa

 

 

 

Lähteenä on käytetty Kokemäen kunnan PedaNet-sivuja 17.10.2018