Hva er en temperaturgradient?

October 2  by Eliza

En temperaturgradient er den gradvise variasjon i temperatur med avstand. Helningen av gradienten er konsistent i løpet av et materiale. En gradient blir etablert når som helst to materialer ved forskjellige temperaturer er i fysisk kontakt med hverandre. Måleenheter av temperaturgradienter er grader per enhet avstand, for eksempel ° F per tomme eller ° C per meter.

Mange temperaturgradienter eksisterer naturlig, mens andre er opprettet. Den største temperaturgradient på jorda er jorden selv. Temperaturen av jordens kjerne er anslått til omtrent 9000 ° F (5000 ° C); Det er 6650 ° ved grensen mellom kjernen og mantelen F (3700 ° C), mens skorpen temperaturen er ca 200 ° F (93 ° C). Hvert lag har en temperaturgradient fra en annen skråning, avhengig av varmeledningsevnen for laget.

Ingen temperaturgradient mellom jorden og solen, fordi det er ikke en atmosfære mellom dem. Varmekapasitet er muligheten for et materiale til å holde varmen. Et vakuum har null varmekapasitet.

Konveksjon ødelegger en termisk gradient. I oppvarming en gryte med saus, blir væsken nærmest brenner den hotteste. Når omrørt, blander den varme væske med kjøligere væske, varmen blir jevnt fordelt, og temperaturgradienten er opphevet.

Hvis venstre unstirred, vil konvektiv varmeoverføring føre varm væske å stige og kaldt til å falle, og noen sirkulasjon vil oppstå, selv om det ikke vil være så effektiv som aktiv omrøring. Over tid vil de lednings krefter som overfører varme fra den nedre etablere likevekt med de konvektive krefter som forårsaker at vannet kan sirkulere. Hvis varmekilden er lavt, vil sirkulasjonen være langsom, en bratt temperaturgradient kan foreligge, og sausen kan brennes på bunnen. Hvis varmen er høy, vil sausen koke, varmeoverføring ved konveksjon vil være høy, og temperaturgradienten vil være i nærheten av null.

Isolasjon blir brukt til å forsinke varmeoverføring ved å sette materiale med lav varmeledningsevne ved siden av varmekilden. Isolasjonen bidrar til å opprettholde den termiske gradient mellom den isolerte gjenstand og omgivelsesbetingelser. Kaffe vil bli varmere i en skumkopp enn i en aluminiumkopp fordi skummet leder varme mindre lett. Likeledes kan den som drikker kaffe brenne et par fingre rørt aluminiumkopp fordi den termiske gradient som er nær null, og temperaturen på utsiden av koppen er nesten den samme som på innsiden av koppen.

For å være stabil, må en termisk gradient har en konstant varmekilde og et tilgjengelig kjøleribbe. Opprettholde konstant gradienter er sjelden viktig, bortsett fra når gjennomføre kjemiske reaksjoner. Mange industrielle prosesser krever imidlertid varmekontroll. Den levende celle må også opprettholde forsiktig varme kontroller for optimal ytelse. Mens forskere forstå hvordan menneskekroppen som helhet opprettholder en temperaturgradient mellom kjernen og omverdenen, de tilgjengelige til individuelle celler alternativene er mindre klart.