के तापक्रमले विद्युतीय र तापीय चालकतालाई असर गर्छ?

विद्युतीयकन्डक्टिविटरको रूपमा खडा छआधारभूत प्यारामिटरभौतिकशास्त्र, रसायन विज्ञान, र आधुनिक इन्जिनियरिङमा, क्षेत्रहरूको स्पेक्ट्रममा महत्त्वपूर्ण प्रभाव पार्दै,उच्च-मात्रा उत्पादनदेखि अल्ट्रा-सटीक माइक्रोइलेक्ट्रोनिक्ससम्म। यसको महत्त्वपूर्ण महत्त्व अनगिन्ती विद्युतीय र थर्मल प्रणालीहरूको प्रदर्शन, दक्षता र विश्वसनीयतासँग यसको प्रत्यक्ष सम्बन्धबाट उत्पन्न हुन्छ।

यो विस्तृत व्याख्याले बीचको जटिल सम्बन्ध बुझ्नको लागि एक व्यापक मार्गदर्शकको रूपमा काम गर्दछविद्युत चालकता (σ), तापीय चालकता(κ), र तापक्रम (T)। यसबाहेक, हामी सामान्य कन्डक्टरदेखि विशेष अर्धचालक र इन्सुलेटरहरू, जस्तै चाँदी, सुन, तामा, फलाम, समाधान र रबरसम्मका विविध भौतिक वर्गहरूको चालकता व्यवहारहरू व्यवस्थित रूपमा अन्वेषण गर्नेछौं, जसले सैद्धान्तिक ज्ञान र वास्तविक-विश्व औद्योगिक अनुप्रयोगहरू बीचको खाडललाई कम गर्छ।

यो पढाइ पूरा भएपछि, तपाईं एक बलियो, सूक्ष्म बुझाइले सुसज्जित हुनुहुनेछकोदतापक्रम, चालकता र तापको सम्बन्ध.

विषयसूची:

१. के तापक्रमले विद्युत चालकतालाई असर गर्छ?

२. के तापक्रमले थर्मल चालकतालाई असर गर्छ?

३. विद्युतीय र तापीय चालकता बीचको सम्बन्ध

४. चालकता बनाम क्लोराइड: मुख्य भिन्नताहरू

I. के तापक्रमले विद्युत चालकतालाई असर गर्छ?

"के तापक्रमले चालकतालाई असर गर्छ?" भन्ने प्रश्नको उत्तर निश्चित रूपमा दिइएको छ: हो।तापक्रमले विद्युतीय र तापीय चालकता दुवैमा महत्वपूर्ण, भौतिक-निर्भर प्रभाव पार्छ।पावर ट्रान्समिशनदेखि सेन्सर सञ्चालनसम्मका महत्वपूर्ण इन्जिनियरिङ अनुप्रयोगहरूमा, तापक्रम र चालकता सम्बन्धले कम्पोनेन्ट कार्यसम्पादन, दक्षता मार्जिन र सञ्चालन सुरक्षा निर्धारण गर्छ।

तापक्रमले चालकतालाई कसरी असर गर्छ?

तापक्रमले परिवर्तन गरेर चालकता परिवर्तन गर्छकति सजिलैइलेक्ट्रोन वा आयनहरू जस्ता चार्ज वाहकहरू, वा ताप कुनै पदार्थ मार्फत सर्छन्। प्रत्येक प्रकारको पदार्थको लागि यसको प्रभाव फरक हुन्छ। यहाँ स्पष्ट रूपमा व्याख्या गरिए अनुसार यो कसरी काम गर्छ भन्ने कुरा छ:

१.धातुहरू: बढ्दो तापक्रमसँगै चालकता घट्छ

सबै धातुहरू सामान्य तापक्रममा सजिलै प्रवाह हुने मुक्त इलेक्ट्रोनहरू मार्फत सञ्चालन हुन्छन्। तताउँदा, धातुका परमाणुहरू अझ तीव्र रूपमा कम्पन हुन्छन्। यी कम्पनहरूले अवरोधहरू जस्तै काम गर्छन्, इलेक्ट्रोनहरू छर्छन् र तिनीहरूको प्रवाहलाई ढिलो गर्छन्।

विशेष गरी, तापक्रम बढ्दै जाँदा विद्युतीय र तापीय चालकता निरन्तर घट्छ। कोठाको तापक्रम नजिक, चालकता सामान्यतया घट्छप्रति १ डिग्री सेल्सियस वृद्धिमा ~०.४%।यसको विपरीत,जब ८० डिग्री सेल्सियसको तापक्रम बढ्छ,धातुहरू हराउँछन्२५–३०%तिनीहरूको मूल चालकताको।

यो सिद्धान्त औद्योगिक प्रशोधनमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ, उदाहरणका लागि, तातो वातावरणले तारहरूमा सुरक्षित वर्तमान क्षमता घटाउँछ र शीतलन प्रणालीहरूमा ताप अपव्यय कम गर्छ।

2. अर्धचालकहरूमा: तापक्रमसँगै चालकता बढ्छ

अर्धचालकहरू सामग्रीको संरचनामा कडा रूपमा बाँधिएका इलेक्ट्रोनहरूबाट सुरु हुन्छन्। कम तापक्रममा, थोरैले मात्र विद्युत् प्रवाह बोक्न सार्न सक्छन्।तापक्रम बढ्दै जाँदा, तापले इलेक्ट्रोनहरूलाई स्वतन्त्र हुन र प्रवाह गर्न पर्याप्त ऊर्जा दिन्छ। यो जति तातो हुँदै जान्छ, त्यति नै धेरै चार्ज वाहकहरू उपलब्ध हुन्छन्,चालकतालाई धेरै बढाउँछ।

अझ सहज शब्दमा, गतापक्रम वृद्धि तीव्र गतिमा बढ्छ, प्रायः सामान्य दायरामा प्रत्येक १०-१५ डिग्री सेल्सियसमा दोब्बर हुन्छ।यसले मध्यम तापक्रममा कार्यसम्पादनमा मद्दत गर्छ तर धेरै तातो भएमा समस्याहरू निम्त्याउन सक्छ (अतिरिक्त चुहावट), उदाहरणका लागि, अर्धचालकले बनेको चिपलाई उच्च तापक्रममा तताउँदा कम्प्युटर क्र्यास हुन सक्छ।

3. इलेक्ट्रोलाइट्समा (ब्याट्रीमा तरल पदार्थ वा जेल): तापसँगै चालकतामा सुधार हुन्छ

कतिपय मानिसहरूलाई तापक्रमले विद्युतीय चालकता घोललाई कसरी असर गर्छ भनेर आश्चर्य लाग्छ, र यहाँ यो खण्ड छ। इलेक्ट्रोलाइटहरूले घोलबाट आयनहरूलाई चलाउँछन्, जबकि चिसोले तरल पदार्थहरूलाई बाक्लो र सुस्त बनाउँछ, जसले गर्दा आयनहरूको गति ढिलो हुन्छ। तापक्रम बढ्दै जाँदा, तरल पदार्थ कम चिपचिपा हुन्छ, त्यसैले आयनहरू छिटो फैलिन्छन् र चार्जलाई अझ कुशलतापूर्वक बोक्छन्।

समग्रमा, सबै कुरा आफ्नो उचाइमा पुग्दा प्रति १°C मा २-३% ले चालकता बढ्छ। जब तापक्रम ४०°C भन्दा बढी बढ्छ, चालकता ~३०% ले घट्छ।

तपाईंले यो सिद्धान्त वास्तविक संसारमा पत्ता लगाउन सक्नुहुन्छ, जस्तै ब्याट्री जस्ता प्रणालीहरू तातोमा छिटो चार्ज हुन्छन्, तर धेरै तातो भएमा क्षतिको जोखिम हुन्छ।

II. के तापक्रमले थर्मल चालकतालाई असर गर्छ?

थर्मल चालकता, जुन पदार्थबाट ताप कति सजिलै सर्छ भन्ने मापन हो, सामान्यतया धेरैजसो ठोस पदार्थहरूमा तापक्रम बढ्दै जाँदा घट्छ, यद्यपि व्यवहार सामग्रीको संरचना र ताप बोक्ने तरिकामा आधारित हुन्छ।

धातुहरूमा, ताप मुख्यतया मुक्त इलेक्ट्रोनहरू मार्फत बग्छ। तापक्रम बढ्दै जाँदा, परमाणुहरू अझ बलियो रूपमा कम्पन हुन्छन्, यी इलेक्ट्रोनहरू छरपस्ट पार्छन् र तिनीहरूको मार्गमा बाधा पुर्‍याउँछन्, जसले गर्दा पदार्थको तापलाई कुशलतापूर्वक स्थानान्तरण गर्ने क्षमता कम हुन्छ।

क्रिस्टलीय इन्सुलेटरहरूमा, ताप फोनोन भनेर चिनिने परमाणु कम्पनहरू मार्फत यात्रा गर्छ। उच्च तापक्रमले यी कम्पनहरूलाई तीव्र बनाउँछ, जसले गर्दा परमाणुहरू बीच बारम्बार टक्कर हुन्छ र थर्मल चालकतामा स्पष्ट गिरावट आउँछ।

तर, ग्यासहरूमा यसको विपरीत हुन्छ। तापक्रम बढ्दै जाँदा, अणुहरू छिटो सर्छन् र धेरै पटक ठोक्किन्छन्, जसले गर्दा टक्करहरू बीच ऊर्जा अझ प्रभावकारी रूपमा स्थानान्तरण हुन्छ; त्यसैले, तापीय चालकता बढ्छ।

पोलिमर र तरल पदार्थहरूमा, बढ्दो तापक्रमसँगै थोरै सुधार हुनु सामान्य हो। न्यानो अवस्थाले आणविक शृङ्खलाहरूलाई अझ स्वतन्त्र रूपमा सार्न र चिपचिपापन कम गर्न अनुमति दिन्छ, जसले गर्दा तापलाई सामग्रीबाट पार गर्न सजिलो हुन्छ।

III. विद्युतीय र तापीय चालकता बीचको सम्बन्ध

के तापीय चालकता र विद्युतीय चालकता बीच कुनै सम्बन्ध छ? तपाईंलाई यो प्रश्न सोध्न मन लाग्न सक्छ। वास्तवमा, विद्युतीय र तापीय चालकता बीच बलियो सम्बन्ध छ, तर यो सम्बन्ध धातुहरू जस्ता निश्चित प्रकारका सामग्रीहरूको लागि मात्र अर्थपूर्ण हुन्छ।

१. विद्युतीय र तापीय चालकता बीचको बलियो सम्बन्ध

शुद्ध धातुहरू (जस्तै तामा, चाँदी र सुन) को लागि, एउटा साधारण नियम लागू हुन्छ:यदि कुनै पदार्थ बिजुली सञ्चालन गर्नमा धेरै राम्रो छ भने, यो ताप सञ्चालन गर्नमा पनि धेरै राम्रो छ।यो सिद्धान्त इलेक्ट्रोन-साझेदारी घटनाको आधारमा चल्छ।

धातुहरूमा, बिजुली र ताप दुवै मुख्यतया एउटै कणहरूद्वारा बोकिन्छन्: मुक्त इलेक्ट्रोनहरू। यही कारणले गर्दा उच्च विद्युत चालकताले केही अवस्थामा उच्च तापीय चालकता निम्त्याउँछ।

को लागिदविद्युतीयप्रवाह,जब भोल्टेज लागू गरिन्छ, यी मुक्त इलेक्ट्रोनहरू विद्युतीय चार्ज बोकेर एक दिशामा सर्छन्।

जब कुरा आउँछदगर्मीप्रवाह, धातुको एउटा छेउ तातो र अर्को चिसो हुन्छ, र यी नै मुक्त इलेक्ट्रोनहरू तातो क्षेत्रमा छिटो सर्छन् र ढिलो इलेक्ट्रोनहरूमा ठोक्किन्छन्, छिटो ऊर्जा (तातो) चिसो क्षेत्रमा स्थानान्तरण गर्छन्।

यो साझा संयन्त्रको अर्थ हो कि यदि कुनै धातुमा धेरै अत्यधिक गतिशील इलेक्ट्रोनहरू छन् (यसलाई उत्कृष्ट विद्युतीय चालक बनाउँछ), ती इलेक्ट्रोनहरूले कुशल "ताप वाहक" को रूपमा पनि काम गर्छन्, जुन औपचारिक रूपमा वर्णन गरिएको छ।दविडेम्यान-फ्रान्जकानुन.

२. विद्युतीय र तापीय चालकता बीचको कमजोर सम्बन्ध

विभिन्न संयन्त्रहरूद्वारा चार्ज र ताप बोक्ने सामग्रीहरूमा विद्युतीय र तापीय चालकता बीचको सम्बन्ध कमजोर हुन्छ।

IV. चालकता बनाम क्लोराइड: मुख्य भिन्नताहरू

जबकि विद्युत चालकता र क्लोराइड सांद्रता दुवै महत्त्वपूर्ण प्यारामिटरहरू हुन्पानीको गुणस्तर विश्लेषण, तिनीहरूले मौलिक रूपमा फरक गुणहरू मापन गर्छन्।

चालकता

चालकता भनेको घोलको विद्युतीय प्रवाह प्रसारण गर्ने क्षमताको मापन हो। It ले मापन गर्छसबै घुलित आयनहरूको कुल सांद्रतापानीमा, जसमा धनात्मक चार्ज भएका आयनहरू (क्याशनहरू) र ऋणात्मक चार्ज भएका आयनहरू (एनायनहरू) समावेश छन्।

सबै आयनहरू, जस्तै क्लोराइड (Cl^-), सोडियम (Na⁺), क्याल्सियम (Ca²⁺), बाइकार्बोनेट, र सल्फेटले कुल चालकता m मा योगदान पुर्‍याउँछन्माइक्रोसिमेन्स प्रति सेन्टिमिटर (µS/cm) वा मिलिसिमन्स प्रति सेन्टिमिटर (mS/cm) मा मापन गरिएको।

चालकता एक द्रुत, सामान्य सूचक होकोजम्माघुलनशील ठोस पदार्थहरू(TDS) र समग्र पानीको शुद्धता वा लवणता।

 क्लोराइड सांद्रता (Cl^-)

क्लोराइड सांद्रता भनेको घोलमा रहेको क्लोराइड आयनको मात्र एक विशिष्ट मापन हो।यसले मापन गर्दछक्लोराइड आयनहरूको मात्र पिण्ड(क्ल^-) उपस्थित, प्रायः सोडियम क्लोराइड (NaCl) वा क्याल्सियम क्लोराइड (CaCl) जस्ता लवणहरूबाट प्राप्त हुन्छ₂).

यो मापन विशिष्ट विधिहरू जस्तै टाइट्रेसन (जस्तै, अर्जेन्टोमेट्रिक विधि) वा आयन-चयनात्मक इलेक्ट्रोडहरू (ISEs) प्रयोग गरेर गरिन्छ।प्रति लिटर मिलिग्राम (मिग्रा/लिटर) वा प्रति मिलियन भाग (पीपीएम) मा।

औद्योगिक प्रणालीहरू (जस्तै बयलर वा कुलिङ टावरहरू) मा क्षरणको सम्भावनाको मूल्याङ्कन गर्न र पिउने पानी आपूर्तिमा लवणताको घुसपैठको निगरानी गर्न क्लोराइडको स्तर महत्त्वपूर्ण छ।

संक्षेपमा भन्नुपर्दा, क्लोराइडले चालकतामा योगदान पुर्‍याउँछ, तर चालकता क्लोराइडको लागि विशिष्ट छैन।यदि क्लोराइडको सांद्रता बढ्यो भने, कुल चालकता बढ्नेछ।यद्यपि, यदि कुल चालकता बढ्छ भने, यो क्लोराइड, सल्फेट, सोडियम, वा अन्य आयनहरूको कुनै संयोजनमा वृद्धिको कारण हुन सक्छ।

त्यसकारण, चालकता एक उपयोगी स्क्रिनिङ उपकरणको रूपमा काम गर्दछ (जस्तै, यदि चालकता कम छ भने, क्लोराइड सम्भवतः कम हुन्छ), तर विशेष गरी क्षरण वा नियामक उद्देश्यका लागि क्लोराइड निगरानी गर्न, लक्षित रासायनिक परीक्षण प्रयोग गर्नुपर्छ।