Qu'est-ce qu'un gradient de température?
Un gradient de température est la variance progressive de la température avec la distance. La pente du gradient est cohérente dans un matériau. Un gradient est établi chaque fois que deux matériaux à des températures différentes sont physiquement en contact l'un avec l'autre. Les unités de mesure des gradients de température sont exprimées en degrés par unité de distance, telles que ° F par pouce ou ° C par mètre.
De nombreux gradients de température existent naturellement, alors que d'autres sont créés. Le plus grand gradient de température sur Terre est la Terre elle-même. La température du noyau terrestre est estimée à environ 5 000 ° C (9 000 ° F); il fait 3700 ° C (6 650 ° F) à la limite entre le noyau et le manteau, tandis que la température de la croûte est d’environ 93 ° C (200 ° F). Chaque couche a un gradient de température d'une pente différente, en fonction de la conductivité thermique de la couche.
Il n'y a pas de gradient de température entre la Terre et le soleil car il n'y a pas d'atmosphère entre eux. La capacité calorifique est la capacité d'un matériau à retenir la chaleur. Un vide a une capacité thermique nulle.
La convection détruit un gradient thermique. En chauffant une casserole de sauce, le liquide le plus proche du brûleur devient le plus chaud. Une fois agité, le liquide chaud se mélange au liquide plus froid, la chaleur se répartit uniformément et le gradient de température est annulé.
Si le transfert de chaleur par convection n'est pas agité, le liquide chaud montera et le froid tombera, ce qui provoquera une certaine circulation, bien qu'il ne soit pas aussi efficace que l'agitation active. Au fil du temps, les forces de conduction transférant la chaleur du fond établiront un équilibre avec les forces de convection provoquant la circulation de l'eau. Si la source de chaleur est basse, la circulation sera lente, un gradient de température raide peut exister et la sauce peut être brûlée au fond. Si la chaleur est élevée, la sauce bouillira, le transfert de chaleur par convection sera élevé et le gradient de température sera proche de zéro.
L’isolation est utilisée pour retarder le transfert de chaleur en plaçant un matériau à faible conductivité thermique à côté de la source de chaleur. L'isolation contribue à maintenir le gradient thermique entre l'objet isolé et les conditions ambiantes. Le café reste plus chaud dans une tasse en mousse que dans une tasse en aluminium, car la mousse conduit la chaleur moins facilement. De même, le buveur de café peut brûler quelques doigts en ramassant le gobelet en aluminium car le gradient thermique est proche de zéro et la température de l’extérieur du gobelet est presque identique à celle de l’intérieur du gobelet.
Pour être stable, un gradient thermique doit avoir une source de chaleur constante et un dissipateur de chaleur disponible. Le maintien de gradients constants est rarement important, sauf lors de réactions chimiques. De nombreux processus industriels nécessitent un contrôle minutieux de la chaleur. La cellule vivante doit également maintenir un contrôle minutieux de la chaleur pour des performances optimales. Bien que les scientifiques comprennent que le corps humain dans son ensemble maintient un gradient de température entre son noyau et le monde extérieur, les options disponibles pour les cellules individuelles sont moins claires.