Lämpötilasuhteilla

Lämpötilasuhteilla tarkoitetaan kahden lämpötilan, usein T1 ja T2, välistä suhdetta. Useimmiten lämpötilat merkitään Kelvin-asteikolla, jolloin suhde on dimensionless. Lämpötilasuhteita käytetään kuvaamaan tilojen vertailua tai prosessien riippuvuutta lämpötilasta ilman suoraa tarvetta yksiköille.

Käyttökohteita ovat termodynamiikka, lämmönsiirto ja säteily. Termodynamiikassa Carnot-hyötysuhde η_C on määritelty T_h ja T_c välisellä lämpötilasuhteella, η_C = 1 − T_c/T_h, jossa T_h on kuuma ja T_c kylmä lämpötila kelvin-asteikolla. Säteilylaskuissa säteilyn emissio E per pinta-ala on proportionalisessa riippuvuudessa T^4, joten kahden lämpötilan suhteesta voidaan muodostaa vertailuja E1/E2 = (T1^4)/(T2^4) samalla emissiivisyydellä. Lämpötilasuhteita käytetään myös kaksilämpötilamalleissa, joissa eri osat ovat eri lämpötiloissa, sekä mittaus- ja kalibrointitehtävissä, joissa suhteelliset lämpötilat tarjoavat robustin vertailupohjan.

Laskentakaavat ja käyttöperiaatteet. Yleisimmät esimerkit ovat Carnot-hyötysuhde η_C = 1 − T_c/T_h (Kelvin-asteikolla) sekä emissiivisen säteilyn vertailu E1/E2 = (T1^4)/(T2^4) samojen emissiiviyksiköiden tapauksessa. Myös täydellisten tai epäjärjestyneiden prosessien analysoinnissa voidaan hyödyntää lämpötilasuhteita, kun halutaan peittää laajempi lämpötilavaikutus ilman tarvetta absoluuttisiin mittoihin.

Esimerkki. Oletetaan T_h = 600 K ja T_c = 300 K. Carnot-hyötysuhde on η_C = 1 − 300/600 = 0,5, eli 50 %. Säteilyssä lämpötilasuhde antaa E1/E2 = (600^4)/(300^4) = 16, eli korkeampi lämpötila tuottaa huomattavasti suuremman säteilyvoiman samaan emissiivisyyteen nähden.