Lämpötilagradientti

Lämpötilagradientti kuvaa tilan lämpötilan muutoksen nopeutta ja suuntaa paikoissa. Se muodostuu lämpötilafunktion T(x,y,z) gradienttina ∇T, joka on vektori.

Yhden ulottuvuuden tapauksessa gradientti on dT/dx, jonka yksikkö on kelvin per metri (K/m). Yleisemmin ∇T on kolmiulotteinen vektori, jonka suunta osoittaa korkeampaan lämpötilaan ja jonka pituus kertoo lämpötilan muutoksen nopeuden per matka.

Lämpötilagradientti syntyy, kun ympäristössä on erilaisia lämpötiloja tai lämpöä tuottavia tai poistavia lähteitä, tai kun materiaalin ominaisuudet vaihtelevat. Gradientti voi olla staattinen (steady state) tai muuttua ajan myötä (transient).

Fyysinen merkitys: Fourierin lain mukaan lämpövirta q = -k ∇T, jossa k on materiaalin lämmönjohtavuus. Gradientti määrittää sekä lämpövirran suunnan että voimakkuuden; jos k on vakio, lämpövirta on suoraan gradientin suuruuden funktio.

Esimerkkejä: geoterminen gradientti kuvaa maankuoren lämpötilan nousua syvyyden mukana, tyypillisesti noin 25–30 K/km. Meri- ja ilmakehän termiset gradientit muodostavat termokliineja ja vaikuttavat ekosysteemeihin. Lämpötilagradienteilla on sovelluksia rakennusten lämpöeristyksessä, mikrofluidiikassa sekä biologisissa kokeissa, joissa lämpötilan erolla on vaikutus molekyyliliikkeeseen (thermophoresis).

Mittaukseen käytetään termopareja ja lämpötila-antureita sekä infrapunakuvantamista (lämpökamerat).

---