Redigerer Varme

[[Fil: Hot Horseshoe (stevefe).jpg|thumb|280px|Varme blir her produsert av glødende kull.]]
'''Varme''' (med standardsymbol ''Q'') er, etter en streng definisjon, [[termisk energi]] overført fra et sted med høyere [[temperatur]] til et sted med lavere temperatur. [[SI-enheten]] for varme er [[Joule]] (J). Som folkelig begrep blir ordet som regel brukt om temperatur; en sier gjerne at en gjenstand med høy temperatur er varm. SI-enheten for temperatur er [[Kelvin]] (K).

Varme strømmer mellom områder som ikke er i termisk likevekt med hverandre. Varme strømmer fra områder med høy temperatur til områder med lav temperatur. Alle fysiske objekter har en gitt mengde [[indre energi]] som er knyttet til den tilfeldige bevegelse av deres [[molekyl]]er (eller [[atom]]er for monoatomære substanser). Denne indre energien er positivt [[Korrelasjon|korrelert]] med objektets temperatur. Hvis to objekter med ulik temperatur er i termisk kontakt, vil de utveksle energi helt til temperaturene er utjevnet. Mengden energi utvekslet er den samme som overført varme.

==Historie==

Studier av varme kom skikkelig i gang etter at [[Daniel Gabriel Fahrenheit|Fahrenheit]] oppfant et nøyaktig [[termometer]] i [[1714]]. På den tiden trodde man at varme var en substans [[kalorikk]] som det fantes mer av i et materiale ved høy temperatur enn ved lavere temperatur. Denne substansen ble fjernet ved avkjøling og tilført ved oppvarming. Men i [[1798]] kunne [[Benjamin Thompson]] (Grev Rumford) vise at varme kunne oppstå ved mekanisk arbeid. Dette var i motstrid med antagelsen av en egen varmesubstans.

Mer enn førti år senere ble det gjennom arbeidene til legen [[Julius Robert von Mayer|J. R. Mayer]]  og fysikeren [[James Prescott Joule|J. P. Joule]] klart at varme ikke var noe annet enn en form for energi. De beviste dette ved å finne en kvantitativ sammenheng mellom en varmemengde og det ekvivalente, mekaniske arbeidet. Idag er dette formulert ved relasjonen 1 cal = 4,18 [[J]] mellom den gamle enheten [[kalori]] for varme og [[SI-enheten]] [[Joule]] for arbeid. Dette ble så formulert som et generelt prinsipp om [[energiprinsippet|energiens bevarelse]] av den tyske fysiker og fysiolog [[Hermann von Helmholtz]] i [[1847]]. Her tok han med alle former av [[energi]]. I dag omtales denne naturloven som [[termodynamikkens første hovedsetning]].<ref name = Holton> G. Holton and S.G. Brush, ''Physics, the Human Adventure'', Rutgers University Press, New Jersey (2006). ISBN 0-8135-2908-5.</ref>

== Betegnelser ==

Varmeinnhold, varmeoverføring og varmetetthet (varmefluks) symboliseres alle med varianter av bokstaven Q. De blandes derfor i ulike sammenhenger.

*'''Varmeinnhold''' skrives ''Q'', og måles i joule (J).
*'''Varmeoverføring''' eller '''varmestrøm''', betegnes
:<math>\dot{Q} = {dQ\over dt}</math>
Den måles i J/s eller W (Watt).
*'''Varmestrømtetthet''' eller '''varmefluks''' defineres som varme per tid forløpt og gjennomstrømmet areal og betegnes '''q''' og måles i W/m².

==Temperaturendringer==
Varmemengden <math>Q</math> som kreves for å endre temperaturen for et materiale fra en start-temperatur ''T''<sub>0</sub> til en slutt-temperatur ''T<sub>f</sub>&thinsp;'' avhenger av [[varmekapasitet]]en til materialet etter relasjonen:

:<math>Q = \int_{T_0}^{T_f}C_p\,dT.</math>

Varmekapasiteten avhenger både av mengden materiale som utveksler varme og materialets egenskaper, samt temperatur. Varmekapasiteten kan faktoriseres på ulike måter. Først og fremst kan den representeres som produktet av masse og [[spesifikk varmekapasitet]] (ofte forenklet kalt spesifikk varme):

:<math>C_p = mc_s</math>

eller produktet av antall [[mol (enhet)|mol]] og molar varmekapasitet:

:<math>C_p = nc_n.</math>

Både molar og spesifikk varmekapasitet avhenger kun av de fysikalske egenskaper for materialet som varmes opp, ikke av særskilte egenskaper ved materialprøven som sådan. Den varmekapasitet kan uttrykkes på to måter, avhengig av om temperaturendringen foregår ved konstant [[volum]] eller konstant [[trykk]].<ref> P. Callin, J. Pålsgård, R. Stadsnes og C.T. Tellefsen,  ''Fysikk 1'', Aschehoug, Oslo (2007).</ref>

==Faseendring==

En kokende kjele med [[vann]] ved normalt [[atmosfæretrykk]] ved havoverflaten vil ha en temperatur på 100&nbsp;°C uansett hvor mye varme som tilføres(fram til alt vannet er fordampet). I stedet vil varmen bidra til å endre vannets fase eller aggregattilstand fra [[væske]] til [[vanndamp]]. Varmen som endrer vannets fase kan sies å være skjult, da den ikke bidrar til å endre den målbare temperaturen, og betegnes derfor latent varme (fra det [[latin]]ske ordet for skjult). Latent varme er varme per enhet som er nødvendig for å endre aggregattilstanden for en gitt enhet av et stoff. Dvs.:

:<math> L = \frac{\Delta Q}{\Delta m}</math>

og

:<math> Q = \int_{M_0}^{M} L\,dm</math>

hvor ''M<sub>0</sub>'' er [[masse]]n som i utgangspunktet er i den nye tilstanden, og ''M'' er massen som til slutt er i den nye fasen.<ref name = Hemmer>P.C. Hemmer, ''Termisk Fysikk'', Tapir Forlag, Trondheim (1989). ISBN 82-519-0929-5.</ref>

Den latente varmen ''L'' er normalt uavhengig av massen som endrer fase. Noen ganger kan den være tidsavhengig hvis trykk og volum varierer med tiden, slik at integralen kan skrives:

:<math>Q = \int L\frac{dm}{dt}dt.</math>

==Varmetransportmekanismer==

Som nevnt ovenfor vil varme søke å flytte seg fra et område med en gitt temperatur til et område med lavere temperatur. Denne varmetransporten foregår via en eller flere av mekanismene [[varmeledning]], [[konveksjon]] og [[stråling]], men aldri med mer enn to på en gang. {{trenger referanse}}

===Varmeledning===
[[Varmeledning]] eller [[termisk konduksjon]] er den vanligste måten varme transporteres i et [[faststoff]]. I en mikroskopisk skala foregår varmeledningen ved at varme, hurtigbevegende eller vibrerende [[atom]]er eller [[molekyl]]er vekselvirker med naboatomer og/eller -molekyler og derigjennom overfører noe av sin energi til disse naboene.

[[Metall]]er i fast form har stor [[varmeledningsevne]], grunnet at gitterstrukturen til atomene i metallet gjør overføringen av energi ved konduksjon svært effektivt.

[[Peltier-Seebeck-effekten]] fenomenet er at en [[temperaturgradient]] setter opp et elektrisk felt i et elektrisk ledende stoff. [[Termoelektrisitet]] oppstår fra relasjonen mellom elektronene,  varmestrømmer og elektriske strømmer.

===Konveksjon===

[[Konveksjon]] er normalt den dominerende [[varmetransport]]-mekanismen i [[væske]]r og [[gass]]er. Konveksjon er strømning i et [[fluid]]. For eksempel når vann varmes i en kjele på en komfyrplate, vil varmt vann fra bunnen av kjelen stige opp slik at det blander seg med det kaldere vannet i overflaten eller tvinger dette ned mot bunnen. Det er vanlig å skille mellom to typer [[konveksjon]], fri eller naturlig konveksjon drevet av [[oppdrift]]s-krefter, og tvungen konveksjon som krever en [[vifte]], [[pumpe]] eller liknende.

===Stråling===

[[Stråling]] er også en varmeutvekslingsmekanisme. Det er den eneste varmeutveksling som foregår i fravær av et transportmedium, og derfor eneste måten varme kan transporteres gjennom vakuum. [[Varmestråling]] er et direkte resultat av [[atom]]/[[molekyl]]-bevegelser i materialet. Siden disse atomene og molekylene inneholder ladete partikler ([[proton]]er og [[elektron]]er), vil deres bevegelser gi en utsendelse av [[elektromagnetisk stråling]] som frakter energi vekk fra overflaten. Samtidig vil den samme overflaten bestråles fra omgivelsene. Mengden utsendt stråling øker med temperaturen. Netto strålingsutveksling vil gå i pluss eller minus avhengig av hvor stor miksen av temperaturer på overflatene som deltar er i forhold til egen overflatetemperatur.

For objekter ved romtemperatur (~300 K) vil de fleste fotonene som sendes ut fra overflaten være i den [[infrarød]]e delen av spekteret. Det betyr ikke at dette er det eneste frekvensområdet som bidrar til strålingen. Frekvensene som sendes ut avhenger i stor grad av overflatens struktur og stoffet den består av. For varme objekter som et bål med temperaturer rundt 700 K vil de mest intense frekvensene ligge i den synlige del av spekteret. Hver gang elektromagnetisk stråling sendes ut og deretter absorberes blir varme overført. Dette prinsippet brukes f.eks. i [[mikrobølgeovn]]er og ved [[laserskjæring]].<ref name="LHL"> E. Lillestøl, O. Hunderi og J.R. Lien, ''Generell Fysikk, Bind 2'', Universitetsforlaget, Oslo (2001). ISBN 82-15-00006-1.</ref>

==Varmeoverføring==

Ved bruk av [[latent varme]] kan  varme overføres ved endring av aggregattilstand slik som vann-til-is og vann-til-damp. Dette  innebærer en energiomvandling og utnyttes på forskjellige vis i [[dampmaskin]]er og  [[kjøleskap]]. Latent varme og kapillæreffekt kan også utnyttes som ''heat pipe'' for å fjerne varme, for eksempel i bærbare [[Personlig datamaskin|PC-er]].

==Varmetap==

I kalde klimaer representerer varmetap fra oppvarmede hus et betydelig energisluk selv om de stadig blir bedre isolert. Dette skyldes økende krav til komfort og derigjennom høyning av temperaturnivå. I slike hus vil bruk av termostater satt til kritisk komfort-temperatur bidra til å begrense oppvarmingsbehovet. Temperatursenking på natten og når ingen er til stede i huset, bidrar også. Som mål på en bygnings varmetap brukes [[varmetapstall]]et, som er varmetapet i W/(m²K), det vil si W per m² oppvarmet [[Bruksareal|bruksareal (BRA)]] per K (°C) temperaturforskjell. Varmetapstallet viser det samla varmetapet pga. varmetransmisjon gjennom yttervegg, ventilasjon og infiltrasjon i undergrunnen.

==Referanser==
<references />

==Se også==
* [[Indre energi]]
* [[Kuldeanlegg]]
* [[Varmepumpe]]
* [[Varmeanlegg]]

== Eksterne lenker ==
* [http://www.programbyggerne.no/varmetapskalkulator/ Varmetapskalkulator for beregning av varmetapstall for boliger]

{{Autoritetsdata}}

[[Kategori:Termodynamikk]]