Hvad er en temperaturgradient?
En temperaturgradient er den gradvise variation i temperatur med afstand. Hældningen af gradienten er konsistent i et materiale. En gradient etableres når som helst to materialer ved forskellige temperaturer er i fysisk kontakt med hinanden. Måleenheder for temperaturgradienter er grader pr. Enhedsafstand, såsom ° F pr. Tomme eller ° C pr. Meter.
Mange temperaturgradienter findes naturligt, mens andre oprettes. Den største temperaturgradient på Jorden er selve Jorden. Jordens kerne er estimeret til ca. 5.000 ° C (9.000 ° F); det er 6.650 ° F (3.700 ° C) ved grænsen mellem kernen og kappen, mens skorpetemperaturen er ca. 200 ° F (93 ° C). Hvert lag har en temperaturgradient af en anden hældning, afhængigt af lagets varmeledningsevne.
Der findes ingen temperaturgradient mellem Jorden og solen, fordi der ikke er en atmosfære mellem dem. Varmekapacitet er et materiales evne til at holde varme. Et vakuum har nul varmekapacitet.
Konvektion ødelægger en termisk gradient. Ved opvarmning af en grydesauce bliver væsken tættest på brænderen den varmeste. Når den omrøres, blandes den varme væske med køligere væske, varmen fordeles jævnt, og temperaturgradienten er ugyldig.
Hvis den ikke er omrørt, vil konvektiv varmeoverførsel medføre, at varm væske stiger og koldt falder, og en vis cirkulation vil forekomme, selvom den ikke vil være så effektiv som aktiv omrøring. Over tid vil ledningskræfterne, der overfører varme fra bunden, etablere ligevægt med de konvektionskræfter, der får vandet til at cirkulere. Hvis varmekilden er lav, vil cirkulationen være langsom, der kan eksistere en stejl temperaturgradient, og sausen kan forbrændes på bunden. Hvis varmen er høj, koges saucen, varmeoverførslen ved konvektion vil være høj, og temperaturgradienten vil være nær nul.
Isolering bruges til at forsinke varmeoverførsel ved at placere materiale med lav varmeledningsevne ved siden af varmekilden. Isoleringen hjælper med at opretholde den termiske gradient mellem det isolerede objekt og omgivelsesforholdene. Kaffe forbliver varmere i et skumkop end i en aluminiumskop, fordi skummet leder varme mindre let. Ligeledes kan kaffedrikkeren forbrænde et par fingre, der henter aluminiumkoppen, fordi den termiske gradient er tæt på nul, og temperaturen på ydersiden af koppen er næsten den samme som indersiden af koppen.
For at være stabil skal en termisk gradient have en konstant varmekilde og en tilgængelig køleplade. At opretholde konstante gradienter er sjældent vigtigt, undtagen når der udføres kemiske reaktioner. Mange industrielle processer kræver omhyggelig varmekontrol. Den levende celle skal også opretholde omhyggelige varmekontroller for optimal ydelse. Mens forskere forstår, hvordan den menneskelige krop som helhed opretholder en temperaturgradient mellem dens kerne og omverdenen, er de tilgængelige muligheder for individuelle celler mindre klare.