¿Qué es un gradiente de temperatura?

Un gradiente de temperatura es la variación gradual de la temperatura con la distancia. La pendiente del gradiente es consistente dentro de un material. Se establece un gradiente cada vez que dos materiales a diferentes temperaturas están en contacto físico entre sí. Las unidades de medida de gradientes de temperatura son grados por unidad de distancia, como ° F por pulgada o ° C por metro.

Muchos gradientes de temperatura existen naturalmente, mientras que otros se crean. El gradiente de temperatura más grande en la Tierra es la Tierra misma. La temperatura del núcleo de la Tierra se estima en aproximadamente 9,000 ° F (5,000 ° C); es de 6,650 ° F (3,700 ° C) en el límite entre el núcleo y el manto, mientras que la temperatura de la corteza es de aproximadamente 200 ° F (93 ° C). Cada capa tiene un gradiente de temperatura de una pendiente diferente, dependiendo de la conductividad térmica de la capa.

No existe gradiente de temperatura entre la Tierra y el sol porque no hay una atmósfera entre ellos. La capacidad de calor es la capacidad de un material para retener el calor. Un vacío tiene cero capacidad calorífica.

La convección destruye un gradiente térmico. Al calentar una olla de salsa, el líquido más cercano al quemador se vuelve el más caliente. Cuando se agita, el líquido caliente se mezcla con un líquido más frío, el calor se distribuye uniformemente y el gradiente de temperatura se anula.

Si no se agita, la transferencia de calor por convección hará que el líquido caliente suba y el frío baje, y se producirá algo de circulación, aunque no será tan efectivo como la agitación activa. Con el tiempo, las fuerzas de conducción que transfieren calor desde el fondo establecerán un equilibrio con las fuerzas convectivas que harán circular el agua. Si la fuente de calor es baja, la circulación será lenta, puede existir un fuerte gradiente de temperatura y la salsa se puede quemar en el fondo. Si el calor es alto, la salsa hervirá, la transferencia de calor por convección será alta y el gradiente de temperatura será cercano a cero.

El aislamiento se utiliza para retrasar la transferencia de calor al colocar material con baja conductividad térmica al lado de la fuente de calor. El aislamiento ayuda a mantener el gradiente térmico entre el objeto aislado y las condiciones ambientales. El café se mantendrá más caliente en una taza de espuma que en una taza de aluminio porque la espuma conduce el calor con menos facilidad. Del mismo modo, el bebedor de café puede quemar algunos dedos al levantar la taza de aluminio porque el gradiente térmico es cercano a cero y la temperatura del exterior de la taza es casi la misma que el interior de la taza.

Para ser estable, un gradiente térmico debe tener una fuente de calor constante y un disipador de calor disponible. Mantener gradientes constantes rara vez es importante, excepto cuando se realizan reacciones químicas. Muchos procesos industriales requieren un cuidadoso control del calor. La célula viva también debe mantener controles de calor cuidadosos para un rendimiento óptimo. Si bien los científicos entienden cómo el cuerpo humano en su conjunto mantiene un gradiente de temperatura entre su núcleo y el mundo exterior, las opciones disponibles para las células individuales son menos claras.