Wat is warmtebalans?

Warmtebalans wordt bereikt wanneer de hoeveelheid warmte die een systeem binnenkomt gelijk is aan de hoeveelheid warmte die het verlaat. De totale temperatuur van een systeem in warmtebalans blijft in de loop van de tijd stabiel. In sommige gevallen kan in plaats daarvan de term energiebalans worden gebruikt. Systemen op het gebied van biologie, geologie, productie en ruimtevaartuigontwerp moeten vaak op stabiele temperaturen worden gehouden om goed te kunnen functioneren.

Homeostase bij dieren omvat het concept van het relatief stabiel houden van de interne temperatuur van het dier. In veel organismen, inclusief zoogdieren en vogels, moet de hoeveelheid warmte die in het organisme bestaat constant blijven, omdat zelfs kleine fluctuaties in hitte het organisme kunnen doen sterven. Dieren verliezen warmte via hun huid en genereren warmte via hun metabolisme om stijgende en dalende externe temperaturen goed te maken. Wanneer de hoeveelheid warmte die van het dier afstraalt en de hoeveelheid warmte die wordt gegenereerd of geabsorbeerd door het dier relatief gelijk zijn, bevindt dat dier zich in een staat van warmtebalans.

In de geologie verwijst de term warmtebalans naar de hoeveelheid warmte die wordt geabsorbeerd en afgegeven door een hele planeet. Een planeet wordt verwarmd door de zon en, voor een klein deel, door het loslaten van magma uit de kern van de planeet. De planeet straalt een deel van die warmte terug de ruimte in. Warmtebalans is geologisch een belangrijk concept, want als de planeet niet in een relatief evenwicht is met betrekking tot warmte, kunnen de gemiddelde temperaturen stijgen of dalen, waardoor opwarming van de aarde of koeling ontstaat. Zelfs een kleine verandering in de warmtebalans van een planeet kan de organismen beïnvloeden die de planeet bewonen.

Warmtebalans is een belangrijk concept in de techniek omdat veel machines alleen binnen een bepaald temperatuurbereik werken. Apparaten die koellichamen worden genoemd, worden gebruikt om overtollige warmte van elektrische componenten uit te stralen, zodat de machines een stabiele temperatuur kunnen handhaven. Evenzo moeten ruimtevaartuigen relatief stabiele temperaturen behouden, maar worden ze blootgesteld aan meer warmte wanneer ze zich naar een warmtebron verplaatsen, zoals de zon of een planeet. Door deze vaartuigen te ontwerpen met aanpasbare warmtebalanssystemen, kunnen ze blijven functioneren terwijl ze door de ruimte reizen.

Wanneer ingenieurs fabrieken ontwerpen, moet rekening worden gehouden met de warmtebalans van de activiteiten van de fabriek. In veel gevallen wordt warmte uitgestoten door een fabriek in de vorm van rook of stoom. Dit kan energie verspillen die de fabriek zou kunnen recyclen, waardoor de bedrijfskosten worden verlaagd. Een fabriek met een goede warmtebalans vindt een gebruik voor het grootste deel van de extra warmte die het creëert.