Температурне поле, ізотермічна поверхня, тепловий потік.

Температурний стан тіла можна охарактеризувати з допомогою температурного поля, як сукупності миттєвих значень температур у всіх точках простору. Тоді температура різних точок тіла визначається координатами x, y, z і часом τ. Тому в загальному випадку

Температурне поле, яке змінюється з часом називається нестаціонарним. При цьому тепловий режим та тепловий потік також будуть нестаціонарними. В природі усі температурні поля є нестаціонарними. Наприклад рух Сонця по небу спричиняє нагрівання землі, води, будівель.

Якщо температура у будь-якій точці тіла з часом не змінюється, то таке поле називають стаціонарним. У цьому випадку температурне поле характеризується залежністю

У цьому випадку тепловий режим і тепловий потік також будуть стаціонарними.

Прикладом найпростішого температурного поля є одновимірне температурне поле, яке характеризується зміною температури в одному напрямку. Таке температурне поле можна виразити рівнянням

Прикладом одновимірного температурного поля може бути розподіл температур в стінах будівель, товщина яких невелика порівняно з їх розмірами. Найпростіші одновимірні стаціонарні температурні поля найчастіше застосовують в технічних розрахунках.

Стаціонарне двовимірне температурне поле .

Стаціонарне тривимірне температурне поле .

Ізотермічною поверхнею називають геометричне місце точок з однаковою температурою. Ці поверхні можуть бути площинами, можуть замикатися і виходити за межі тіла, але ніколи не перетинаються. За допомогою ізотермічних поверхонь зручно характеризувати температурні поля.

Якщо ізотермічні поверхні перетнути площиною, отримаємо ізотерми. (рис.) Взаємне розташування ізотерм характеризує розподіл температури в тілі та інтенсивність зміни температур в різних напрямках. Чим частіше розташовані ізотерми тим інтенсивніше змінюється температура.

Найбільш інтенсивною є зміна температури у напрямку перпендикулярному до ізотермічних поверхонь. Перша похідна температури по перпендикуляру до ізотермічної поверхні називається температурним градієнтом, гадус/м. У найпростішому випадку для одновимірного температурного поля

.