Varme (med standardsymbolQ) er etter ein streng definisjon overføring avtermisk energi frå ein stad med høgaretemperatur til ein stad med lågare temperatur.SI-eininga for varme erJoule (J). Som folkeleg omgrep blir ordet som regel nytta om temperatur og at eit objekt med høg temperatur «er varmt». Teknisk sett er altså dette ei feil oppfatning, og kjem frå gamalt av då ein trudde varme bestod av partiklar. Når det var mykje av dette «stoffet» var det mykje varme, altså var temperaturen høg. SI-eininga for temperatur erKelvin (K).
Varme strøymer mellom område som ikkje er i termisk likevekt med kvarandre. Varme strøymer frå område med «høg»temperatur til område med «låg» temperatur. Alle fysiske lekamar har ei gjeven mengdindre energi som er knytt til den tilfeldige røyrsla av deiramolekyl (elleratom for einatome substansar). Denne indre energien er positivt korrelert (tilnærma lineært) til temperatur på lekamen. Om to lekamar med ulik temperatur er i termisk kontakt, så vil dei utveksle indre energi heilt til temperaturane er utjamna. Mengda energi som er utveksla er det same som overført varme.
Når ein lekam frigjer varme til omgivnadane erQ < 0, og motsett gjeld når ein lekam får tilført varme frå omgivnadaneQ > 0.
Varmeinnhald, varmeoverføring og varmetettleik (varmefluks) blir alle symbolisert med bokstavenQ, og blir derfor blanda i hop i ulike samanhengar.
- Varmeinnhald vert skriven somQ, og vert målt ijoule (J).
- Varmeoverføring ellervarmestraum vert skriven som
Den vert målt i J/s eller W (watt)
- Varmestraumtettleik ellervarmefluks blir definert som varme per tid som strøymer gjennom eit areal, og vert skriven somq og målt i W/m2.
Varmemengda
som må til få å endre temperaturen til eit materiale frå ein starttemperatur T0 til ein sluttemperatur Tf er avhengig avvarmekapasiteten til materialet etter relasjonen:
Varmekapasiteten er både avhengig av mengda av materialet som utveklsar varme og eigenskapane til materialet. Varmekapasiteten kan faktoriserast på ulike måtar, og mest vanleg er produktet av masse ogspesifikk varmekapasitet (ofte berre kalla spesifikk varme):
eller produktet av talet påmol og molar varmekapasitet:
Både molar og spesifikk varmekapasitet er berre avhengig av dei fysiske eigenskapane til materialet som blir varma opp, og ikkje av særskilde eigenskapar av materialet. Definisjonane for varmekapasitet er tilnærma rett forfaste stoff ogvæsker, medan avviket forgassar kan vere stort. Den molare varmekapasiteten vert delt i to, avhengig av om temperaturendringar skjer ved konstantvolum (isokor prosess) eller konstanttrykk (isobar prosess). Det er vanlegvis enklast å bruketermodynamikken si første lov saman med ei likning som gjev samanhengen mellom gassen sin indre energi og temperaturen.
Kokandevatn ved normaltlufttrykk ved havoverflata vil alltid vere på 100 °C uansett kor mykje varme som vert tilført. I staden vil varmen medverke til å endre fasen til vatnet eller aggregattilstanden frå væske tilvassdamp. Varmen som endrar vatnet sin fase blir kallalatent varme (som kjem av detlatinske ordet for skjult). Latent varme er varme per masse som er nødvendig for å endre aggregattilstanden for eit gjeve stoff. Dvs.:
og
der
ermassen som i utgangspunktet er i den nye tilstanden, ogM er massen som til slutt er i den nye fasen.
L er normalt uavhengig av massen som endrar fase, så likninga kan vanlegvis skrivast:
Nokre gonger kan L vere uavhengig av tida visst trykk og volum varierer med tida, slik at integralet kan skrivast:
Som nemnt over vil varme flytte seg frå eit område med ein gjeven temperatur til eit område med lågare temperatur. Denne varmetransporten føregår enten viakonduksjon (direkte kontakt),konveksjon,stråling eller som ein kombinasjon av desse.
Termisk konduksjon er den vanlegaste måten varme blir transport i eit fast stoff. På mikroskopisk skala skjer varmeoverføringa ved at atom eller molekyl i rørsle vekselverkar med naboatom og/eller molekyl, og på den måten overfører noko av sin energi (varme) til desse. Iisolatorar vil varme hovudsakleg blir overført vedFononvibrasjonar.
Metall i fast form har stortermisk konduktivitet ellervarmeleiingsevne. Det er dei frieelektrona som medverker til det meste av varmeleiinga. (Ein har òg fononstraumar, men desse medverkar med mindre enn 1 %). Dei frie elektrona leiar òg elektrisk struam i metall, og det kan forklare kvifor termisk konduktivitet ogelektrisk konduktivitet om lag har same verdiar for alle metall. Det betyr at metall som er gode til å leie elektrisitet òg er gode til å leie varme, t.d.kopar.
Peltier-Seebeck-effekten omhandlar fenomenet om at eintemperaturgradient set opp eit elektrisk felt i eit elektrisk leiande fast stoff.Termoelektrisitet oppstår i ein vekselverknad mellom elektrona, varmestraumar og elektriske straumar.
Konveksjon er normalt den dominerandevarmetransport-mekanismen ivæsker oggassar. Konveksjon er omrøring i ei væske som oppstår ved at ei varm væske har mindretettleik enn kaldare væske, og dermed vil stige. T.d. når vatn blir varma opp i ein kjele på ein komfyr, vil varmt vatn frå botn av kjelen stige opp slik at det blandar seg med det kaldare vatnet i overflata, eller tvingar dette ned mot botn. Eit anna døme finn vi i atmosfæren der sola varmar opp jordoverflata, og lufta nær overflata byrjar å stige oppover i lufta. Dette kan føre tilkonvektive skyer og etter kvartnedbør.
Det er vanleg å skilje mellom to typar konveksjon,fri konveksjon (eller naturleg konveksjon) driven avtyngde/oppdrifts-krefter, ogtvungen konveksjon som krev ei mekanisk kraft, som eivifte eller eipumpe.
Varmestråling er òg en varmeutvekslingsmekanisme. Det er den einaste varmeutvekslinga som ikkje treng eit transportmedium, og derfor den einaste måten varme kan transporterast gjennom vakuum.Varmestråling er eit direkte resultat avatom/molekyl-rørsler i materialet. Sidan desse atoma og molekyla inneheld lada partiklar (proton ogelektron), vil rørsla deira føre til einelektromagnetisk stråling som fraktar energi vekk frå overflata. Samtidig vil den same overflata motta stråling frå omgivnadane. Mengda av utsend stråling aukar med temperaturen. Netto strålingsutveksling vil gå i pluss eller minus avhengig av temperaturskilnadane mellom dei forskjellige mediuma som medverkar.
Ved romtemperatur (~300 K) vil strålinga høyre til deninfraraude delen av spekteret. Det betyr ikkje at dette er det einaste frekvensområdet som medverkar til strålinga. Frekvensane som blir sende ut følgjer i stor grad lova for stråling frå einsvart lekam, som inneber at strålinga fordelar seg over eit stort frekvensområde med eit intensitetsmaksimum som er temperaturavhengig (Wien si forskyvingslov). For varme lekamar vil dei mest intense frekvensane ligge i den synlege delen av spekteret. Dette er årsaka til at visse lekamar blir raudglødane når dei blir svært varme. Kvar gong elektromagnetisk stråling blir sendt ut og så blir absorbert, har det skjedd ei varmeoverføring. Dette prinsippet vert brukt imikrobølgjeomnar og vedlaserskjering.
- Latent varme: Overføring av varme ved endring av aggregattilstand slik som vatn-til-is og vatn-til-damp innber stor energiomvandling og kan utnyttast på mange måtar:dampmaskin,kjøleskap etc. (ref.smeltevarme ogfrysevarme).
- Varmerøyr: Det å bruke latent varme og kapillæreffekt for å fjerne varme er ein effektiv metode som ein brukar meir og meir, t.d. i bærbarePC-ar.
