O que é um gradiente de temperatura?
Um gradiente de temperatura é a variação gradual da temperatura com a distância. A inclinação do gradiente é consistente dentro de um material. Um gradiente é estabelecido sempre que dois materiais em diferentes temperaturas estão em contato físico entre si. As unidades de medida dos gradientes de temperatura são graus por unidade de distância, como ° F por polegada ou ° C por metro.
Muitos gradientes de temperatura existem naturalmente, enquanto outros são criados. O maior gradiente de temperatura da Terra é a própria Terra. A temperatura do núcleo da Terra é estimada em cerca de 9.000 ° F (5.000 ° C); está a 3.750 ° C (6.650 ° F) no limite entre o núcleo e o manto, enquanto a temperatura da crosta é de cerca de 93 ° C (200 ° F). Cada camada tem um gradiente de temperatura de uma inclinação diferente, dependendo da condutividade térmica da camada.
Não existe gradiente de temperatura entre a Terra e o sol, porque não existe uma atmosfera entre eles. Capacidade de calor é a capacidade de um material reter calor. Um vácuo tem capacidade de aquecimento zero.
A convecção destrói um gradiente térmico. Ao aquecer uma panela de molho, o líquido mais próximo do queimador se torna o mais quente. Quando agitado, o líquido quente se mistura com o líquido mais frio, o calor se distribui uniformemente e o gradiente de temperatura é anulado.
Se não for movimentada, a transferência de calor por convecção fará com que o líquido quente suba e o frio caia, e alguma circulação ocorrerá, embora não seja tão eficaz quanto a agitação ativa. Com o tempo, as forças de condução que transferem calor do fundo estabelecerão um equilíbrio com as forças convectivas, fazendo com que a água circule. Se a fonte de calor for baixa, a circulação será lenta, poderá existir um gradiente de temperatura acentuado e o molho poderá ser queimado no fundo. Se o calor estiver alto, o molho ferverá, a transferência de calor por convecção será alta e o gradiente de temperatura será próximo de zero.
O isolamento é usado para retardar a transferência de calor, colocando material com baixa condutividade térmica ao lado da fonte de calor. O isolamento ajuda a manter o gradiente térmico entre o objeto isolado e as condições ambientais. O café fica mais quente em um copo de espuma do que em um copo de alumínio porque a espuma conduz o calor com menos facilidade. Da mesma forma, o bebedor de café pode queimar alguns dedos ao pegar a xícara de alumínio porque o gradiente térmico está próximo de zero e a temperatura da parte externa da xícara é quase a mesma que a parte interna da xícara.
Para ser estável, um gradiente térmico deve ter uma fonte de calor constante e um dissipador de calor disponível. Manter gradientes constantes raramente é importante, exceto ao conduzir reações químicas. Muitos processos industriais exigem controle cuidadoso do calor. A célula viva também deve manter controles de calor cuidadosos para obter o desempenho ideal. Enquanto os cientistas entendem como o corpo humano como um todo mantém um gradiente de temperatura entre seu núcleo e o mundo exterior, as opções disponíveis para as células individuais são menos claras.