Hva er en temperaturgradient?

En temperaturgradient er den gradvise variasjonen i temperatur med avstand. Gradientens helning er konsistent i et materiale. En gradient etableres når to materialer ved forskjellige temperaturer er i fysisk kontakt med hverandre. Måleenheter for temperaturgradienter er grader per enhetsavstand, for eksempel ° F per tomme eller ° C per meter.

Mange temperaturgradienter eksisterer naturlig, mens andre er opprettet. Den største temperaturgradienten på jorden er jorden selv. Temperaturen på jordens kjerne er estimert til omtrent 9000 ° F (5000 ° C); den er 6600 ° F (3 700 ° C) ved grensen mellom kjernen og mantelen, mens skorpetemperaturen er omtrent 200 ° F (93 ° C). Hvert lag har en temperaturgradient av en annen helling, avhengig av lagets varmeledningsevne.

Det finnes ingen temperaturgradient mellom jorden og solen fordi det ikke er en atmosfære mellom dem. Varmekapasitet er et materiales evne til å holde varmen. Et vakuum har null varmekapasitet.

Konveksjon ødelegger en termisk gradient. Når du varmer opp en gryte med saus, blir væsken nærmest brenneren den varmeste. Når den omrøres, blandes den varme væsken med kjøligere væske, varmen blir jevnt fordelt, og temperaturgradienten blir ugyldig.

Hvis den ikke er omrørt, vil konvektiv varmeoverføring føre til at varm væske stiger og kaldt faller, og noe sirkulasjon vil oppstå, selv om det ikke vil være så effektivt som aktiv omrøring. Over tid vil ledningskreftene som overfører varme fra bunnen etablere likevekt med de konvektive kreftene som får vannet til å sirkulere. Hvis varmekilden er lav, vil sirkulasjonen være treg, det kan eksistere en bratt temperaturgradient, og sausen kan brennes på bunnen. Hvis varmen er høy, koker sausen, varmeoverføring ved konveksjon vil være høy, og temperaturgradienten vil være nær null.

Isolering brukes for å forsinke varmeoverføring ved å plassere materiale med lav varmeledningsevne ved siden av varmekilden. Isolasjonen hjelper til med å opprettholde den termiske gradienten mellom det isolerte objektet og omgivelsesforholdene. Kaffe vil forbli varmere i en skumkopp enn i en aluminiumskopp fordi skummet leder varme mindre lett. På samme måte kan kaffedrikkeren brenne noen få fingre som plukker opp aluminiumskoppen fordi den termiske gradienten er nær null og temperaturen på utsiden av koppen er nesten den samme som innsiden av koppen.

For å være stabil, må en termisk gradient ha en konstant varmekilde og en tilgjengelig kjøleribbe. Det er sjelden viktig å opprettholde konstante gradienter, bortsett fra når du gjennomfører kjemiske reaksjoner. Mange industrielle prosesser krever nøye varmekontroll. Den levende cellen må også opprettholde nøye varmekontroller for optimal ytelse. Mens forskere forstår hvordan menneskekroppen som helhet opprettholder en temperaturgradient mellom kjernen og omverdenen, er alternativene tilgjengelige for individuelle celler mindre tydelige.