Temperaturgradienter

Temperaturgradienter beskriver ændringen i temperatur i forhold til rumlige positioner. De udtrykkes som et vektorfelt, hvor hvert punkt tilføres en temperatur T og gradienten ∇T måler hvor hurtigt og i hvilken retning temperaturen ændrer sig. Enhederne er normalt kelvin per meter (K/m) eller grader Celsius per meter (°C/m). I matematiske termer er temperaturfeltet T(x, y, z), og gradienten ∇T = (∂T/∂x, ∂T/∂y, ∂T/∂z).

Gradienterne opstår i forbindelse med varmekilder og varmetab, materialer med forskellige varmeledningsevner og grænsebetingelser. De er den drivende størrelse for varmeoverførsel: varmefluxen q følger Fourier's lov, som siger at q = -k ∇T, hvor k er materialeets varmeledningsevne.

I naturen ses temperaturgradienter i atmosfæren, jorden og havet. I atmosfæren falder temperaturen normalt med højden med et temperaturfald på omkring 6,5 °C pr. km. I jordskorpen er den geotemperaturgradient ofte i området omkring 20–30 °C pr. km i de øverste lag, afhængig af geologi og varmeproduktion. I havet ændrer temperaturen sig kraftigt i termoklinen og bliver langsommere senere i dybden.

Måling og observationer sker ved hjælp af særlige sensorer som termoelementer og RTD’er, samt infrarøde kameraer og termodækninger, der giver rumlige temperaturforskelle.

Anvendelser omfatter design af isolering og varmevekslere, klimastyring i bygninger, geotekniske og klimaforskninger samt modellering af atmosfæriske og oceaniske processer.