
【化】 thermal gra***nt
熱梯度(rè tī dù,英文:Thermal Gradient)指在介質(如固體、液體或氣體)中,單位距離内溫度的變化率。它是描述熱量傳遞方向與強度的關鍵物理量,單位為開爾文每米(K/m) 或攝氏度每米(℃/m)。
熱梯度是溫度場沿某一方向的導數,數學表達為:
$$
abla T = frac{partial T}{partial x} mathbf{i} + frac{partial T}{partial y} mathbf{j} + frac{partial T}{partial z} mathbf{k} $$
其中 ( abla T) 表示溫度梯度向量,方向指向溫度升高最快的方向。
根據傅裡葉定律(Fourier's Law),熱流密度 (mathbf{q}) 與熱梯度成正比:
$$ mathbf{q} = -k abla T $$
負號表示熱量從高溫流向低溫區域,(k) 為材料導熱系數。
地熱勘探
地殼中的熱梯度(通常為 20–30°C/km)用于評估地熱資源潛力,高梯度區域可能存在地熱異常。
材料科學與電子散熱
半導體器件中局部熱梯度過高會導緻熱應力失效,散熱設計需控制梯度分布(如通過熱界面材料優化)。
氣象與海洋學
大氣垂直熱梯度影響對流強度(如逆溫現象),海洋熱梯度驅動洋流循環(如溫鹽環流)。
國際标準化組織(ISO)在ISO 7345:2018 中明确定義熱梯度為溫度對空間坐标的偏導數,用于建築熱性能計算。
《傳熱學》(Heat Transfer)教材指出熱梯度是導熱、對流和輻射分析的共同基礎(來源:Incropera & DeWitt, John Wiley & Sons)。
美國機械工程師協會(ASME)在傳熱組件設計規範中要求量化熱梯度以避免結構失效(參考:ASME BPVC Section III)。
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熱梯度(又稱溫度梯度)是描述溫度在空間中變化速率和方向的物理量,其核心概念與數學中的梯度定義一緻。以下是詳細解釋:
熱梯度是一個向量,方向指向溫度增加最快的方向,大小表示該方向上的溫度變化率。數學上表示為: $$ text{grad } T = frac{partial T}{partial n} mathbf{n} $$ 其中,$frac{partial T}{partial n}$是溫度沿法線方向的變化率,$mathbf{n}$為法線方向單位向量。
如需進一步了解數學推導或具體工程案例,可參考熱力學教材或專業分析工具文檔。
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