Che cos'è un gradiente di temperatura?

Un gradiente di temperatura è la varianza graduale della temperatura con la distanza. La pendenza del gradiente è coerente all'interno di un materiale. Viene stabilito un gradiente ogni volta che due materiali a temperature diverse sono in contatto fisico tra loro. Le unità di misura dei gradienti di temperatura sono gradi per unità di distanza, ad esempio ° F per pollice o ° C per metro.

Molti gradienti di temperatura esistono naturalmente, mentre altri ne vengono creati. Il più grande gradiente di temperatura sulla Terra è la Terra stessa. La temperatura del nucleo terrestre è stimata a circa 5.000 ° C; è di 3.700 ° C (6,650 ° F) al confine tra il nucleo e il mantello, mentre la temperatura della crosta è di circa 93 ° C (200 ° F). Ogni strato ha un gradiente di temperatura di una diversa pendenza, a seconda della conduttività termica dello strato.

Non esiste un gradiente di temperatura tra la Terra e il sole perché non c'è un'atmosfera tra di loro. La capacità di calore è la capacità di un materiale di trattenere il calore. Un vuoto ha capacità termica zero.

La convezione distrugge un gradiente termico. Nel riscaldare una pentola di salsa, il liquido più vicino al bruciatore diventa il più caldo. Quando agitato, il liquido caldo si mescola con liquido più freddo, il calore si distribuisce uniformemente e il gradiente di temperatura viene annullato.

Se lasciato non agitato, il trasferimento di calore convettivo provocherà l'aumento del liquido caldo e la caduta del freddo e si verificherà una certa circolazione, sebbene non sia efficace quanto l'agitazione attiva. Nel tempo, le forze di conduzione che trasferiscono il calore dal fondo stabiliranno un equilibrio con le forze convettive che fanno circolare l'acqua. Se la fonte di calore è bassa, la circolazione sarà lenta, potrebbe esserci un forte gradiente di temperatura e la salsa potrebbe essere bruciata sul fondo. Se il calore è alto, la salsa bolle, il trasferimento di calore per convezione sarà alto e il gradiente di temperatura sarà vicino allo zero.

L'isolamento viene utilizzato per ritardare il trasferimento di calore mettendo materiale a bassa conducibilità termica vicino alla fonte di calore. L'isolamento aiuta a mantenere il gradiente termico tra l'oggetto isolato e le condizioni ambientali. Il caffè rimarrà più caldo in una tazza di schiuma rispetto a una tazza di alluminio perché la schiuma conduce il calore meno facilmente. Allo stesso modo, il bevitore di caffè potrebbe bruciare alcune dita raccogliendo la tazza di alluminio perché il gradiente termico è vicino allo zero e la temperatura della parte esterna della tazza è quasi uguale a quella all'interno della tazza.

Per essere stabile, un gradiente termico deve avere una fonte di calore costante e un dissipatore di calore disponibile. Il mantenimento di gradienti costanti è raramente importante, tranne quando si conducono reazioni chimiche. Molti processi industriali richiedono un attento controllo del calore. La cellula vivente deve inoltre mantenere accurati controlli del calore per prestazioni ottimali. Mentre gli scienziati comprendono come il corpo umano nel suo insieme mantiene un gradiente di temperatura tra il suo nucleo e il mondo esterno, le opzioni disponibili per le singole cellule sono meno chiare.