Was ist ein Temperaturgradient?
Ein Temperaturgradient ist die allmähliche Temperaturvarianz mit Abstand. Die Steigung des Gradienten ist innerhalb eines Materials konsistent. Ein Gradient wird jederzeit festgelegt, wenn zwei Materialien bei verschiedenen Temperaturen in physischem Kontakt miteinander sind. Einheiten des Maßes von Temperaturgradienten sind Grad pro Einheitsabstand, wie ° F pro Zoll oder ° C pro Meter. Der größte Temperaturgradient der Erde ist die Erde selbst. Die Temperatur des Erdkerns wird auf 5.000 ° C geschätzt. An der Grenze zwischen dem Kern und dem Mantel sind es 3,700 ° C (650 ° F), während die Krustentemperatur etwa 200 ° F (93 ° C) beträgt. Jede Schicht hat einen Temperaturgradienten einer anderen Steigung, abhängig von der Wärmeleitfähigkeit der Schicht.
Es gibt kein Temperaturgradient zwischen der Erde und der Sonne, da zwischen ihnen keine Atmosphäre besteht. Wärmekapazität ist die Fähigkeit für aMaterial, um Wärme zu halten. Ein Vakuum hat keine Wärmekapazität.
Konvektion zerstört einen thermischen Gradienten. Beim Erhitzen eines Topfes Sauce wird die Flüssigkeit, die dem Brenner am nächsten kommt, zum heißesten. Beim Rühren wird sich die heiße Flüssigkeit mit kühlerer Flüssigkeit mischt, die Wärme wird gleichmäßig verteilt und der Temperaturgradient wird annulliert.
Wenn uneingeschränkt gelassen wird, wird eine konvektive Wärmeübertragung zunehmen und kalt fallen, und es tritt eine gewisse Zirkulation auf, obwohl sie nicht so wirksam ist wie aktives Rühren. Im Laufe der Zeit stellt die Leitungskräfte, die Wärme vom Boden übertragen, ein Gleichgewicht mit den konvektiven Kräften, wodurch das Wasser zirkuliert. Wenn die Wärmequelle niedrig ist, ist der Kreislauf langsam, es kann ein steiler Temperaturgradienten bestehen und die Sauce kann auf dem Boden verbrannt werden. Wenn die Wärme hoch ist, kocht die Sauce, die Wärmeübertragung durch Konvektion hoch und der Temperaturgradient WIIch werde nahe Null sein.
Isolierung wird verwendet, um die Wärmeübertragung zu verzögern, indem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit neben der Wärmequelle eingesetzt wird. Die Isolierung hilft dabei, den thermischen Gradienten zwischen dem isolierten Objekt und den Umgebungsbedingungen aufrechtzuerhalten. Kaffee bleibt wärmer in einer Schaumstoffbecher als in einem Aluminiumbecher, da der Schaum weniger leicht wärme. Ebenso kann der Kaffeetrinker ein paar Finger verbrennen, die den Aluminiumbecher aufnehmen, da der thermische Gradient nahe Null ist und die Temperatur der Außenseite der Tasse nahezu das Innere der Tasse ist.
stabil sein, ein thermischer Gradient muss eine konstante Wärmequelle und einen verfügbaren Kühlkörper haben. Die Aufrechterhaltung konstanter Gradienten ist selten wichtig, außer wenn chemische Reaktionen durchführt. Viele industrielle Prozesse erfordern eine sorgfältige Wärmesteuerung. Die lebende Zelle muss auch sorgfältige Wärmekontrollen für eine optimale Leistung aufrechterhalten. Während Wissenschaftler verstehen, wie der menschliche Körper als Ganzes einen Temperaturgradienten zwischen sich beibehältS Kern und die Außenwelt, die Optionen für einzelne Zellen sind weniger klar.