Co to jest gradient temperatury?

Gradient temperatury to stopniowa zmienność temperatury wraz z odległością. Nachylenie gradientu jest spójne w materiale. Gradient jest ustalany za każdym razem, gdy dwa materiały w różnych temperaturach stykają się ze sobą fizycznie. Jednostkami miary gradientów temperatury są stopnie na jednostkę odległości, takie jak ° F na cal lub ° C na metr.

Wiele gradientów temperatury istnieje naturalnie, podczas gdy inne są tworzone. Największym gradientem temperatury na Ziemi jest sama Ziemia. Temperatura jądra Ziemi jest szacowana na około 9 000 ° F (5000 ° C); na granicy między rdzeniem a płaszczem wynosi 6650 ° F (3700 ° F), a temperatura skorupy wynosi około 93 ° C (200 ° F). Każda warstwa ma gradient temperatury o innym nachyleniu, w zależności od przewodności cieplnej warstwy.

Nie ma gradientu temperatury między Ziemią a Słońcem, ponieważ nie ma między nimi atmosfery. Pojemność cieplna to zdolność materiału do zatrzymywania ciepła. Próżnia ma zerową pojemność cieplną.

Konwekcja niszczy gradient termiczny. Podczas podgrzewania garnka sosu płyn znajdujący się najbliżej palnika staje się najgorętszy. Po wymieszaniu gorąca ciecz miesza się z chłodniejszą cieczą, ciepło staje się równomiernie rozprowadzane, a gradient temperatury jest niwelowany.

Jeśli nie zostanie wymieszany, konwekcyjne przenoszenie ciepła spowoduje wzrost ciepłej cieczy i spadek zimna, a także nastąpi pewne krążenie, chociaż nie będzie tak skuteczne jak aktywne mieszanie. Z czasem siły przewodzące przenoszące ciepło z dna ustanowią równowagę z siłami konwekcyjnymi powodującymi cyrkulację wody. Jeśli źródło ciepła jest niskie, cyrkulacja będzie powolna, może istnieć gwałtowny gradient temperatury, a sos może zostać przypalony na dnie. Jeśli ciepło jest wysokie, sos zagotuje się, przenoszenie ciepła przez konwekcję będzie wysokie, a gradient temperatury będzie bliski zeru.

Izolacja służy do opóźnienia wymiany ciepła poprzez umieszczenie materiału o niskim przewodnictwie cieplnym obok źródła ciepła. Izolacja pomaga utrzymać gradient termiczny między izolowanym przedmiotem a warunkami otoczenia. Kawa pozostanie cieplejsza w filiżance piankowej niż w filiżance aluminiowej, ponieważ pianka słabiej przewodzi ciepło. Podobnie, osoba pijąca kawę może spalić kilka palców podnosząc aluminiowy kubek, ponieważ gradient termiczny jest bliski zeru, a temperatura na zewnątrz kubka jest prawie taka sama jak wnętrze kubka.

Aby być stabilnym, gradient termiczny musi mieć stałe źródło ciepła i dostępny radiator. Utrzymywanie stałych gradientów rzadko jest ważne, z wyjątkiem prowadzenia reakcji chemicznych. Wiele procesów przemysłowych wymaga starannej kontroli ciepła. Żywa komórka musi również zachować staranną kontrolę ciepła, aby uzyskać optymalną wydajność. Podczas gdy naukowcy rozumieją, w jaki sposób ludzkie ciało jako całość utrzymuje gradient temperatury między jego rdzeniem a światem zewnętrznym, opcje dostępne dla poszczególnych komórek są mniej jasne.