तापमानाचा विद्युत आणि औष्णिक चालकता प्रभावित होते का?

विद्युतवाहकतावाईम्हणून उभे राहतेमूलभूत पॅरामीटरभौतिकशास्त्र, रसायनशास्त्र आणि आधुनिक अभियांत्रिकीमध्ये, ज्याचे विविध क्षेत्रांमध्ये महत्त्वपूर्ण परिणाम आहेत,मोठ्या प्रमाणात उत्पादन करण्यापासून ते अल्ट्रा-अचूक मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक्सपर्यंत. त्याचे महत्त्व असंख्य विद्युत आणि थर्मल प्रणालींच्या कामगिरी, कार्यक्षमता आणि विश्वासार्हतेशी थेट संबंध असल्यामुळे निर्माण होते.

हे सविस्तर स्पष्टीकरण यांच्यातील गुंतागुंतीचे संबंध समजून घेण्यासाठी एक व्यापक मार्गदर्शक म्हणून काम करतेविद्युत चालकता (σ), औष्णिक चालकता(κ), आणि तापमान (T). शिवाय, आपण विविध भौतिक वर्गांच्या चालकता वर्तनांचा पद्धतशीरपणे अभ्यास करू, ज्यामध्ये सामान्य वाहकांपासून ते विशेष अर्धवाहक आणि इन्सुलेटर, जसे की चांदी, सोने, तांबे, लोखंड, द्रावण आणि रबर यांचा समावेश आहे, जे सैद्धांतिक ज्ञान आणि वास्तविक-जगातील औद्योगिक अनुप्रयोगांमधील अंतर भरून काढतात.

हे वाचन पूर्ण झाल्यावर, तुम्हाला एक मजबूत, सूक्ष्म समज मिळेलच्यादतापमान, चालकता आणि उष्णता यांचा संबंध.

अनुक्रमणिका:

१. तापमानाचा विद्युत चालकतेवर परिणाम होतो का?

२. तापमानाचा औष्णिक चालकतेवर परिणाम होतो का?

३. विद्युत आणि औष्णिक चालकता यांच्यातील संबंध

४. चालकता विरुद्ध क्लोराइड: प्रमुख फरक

I. तापमानाचा विद्युत चालकतेवर परिणाम होतो का?

"तापमानाचा चालकतेवर परिणाम होतो का?" या प्रश्नाचे उत्तर निश्चितपणे दिले जाते: होय.तापमानाचा विद्युत आणि औष्णिक चालकता दोन्हीवर महत्त्वपूर्ण, भौतिक-अवलंबित प्रभाव पडतो.पॉवर ट्रान्समिशनपासून ते सेन्सर ऑपरेशनपर्यंतच्या महत्त्वाच्या अभियांत्रिकी अनुप्रयोगांमध्ये, तापमान आणि चालकता संबंध घटकांची कार्यक्षमता, कार्यक्षमता मार्जिन आणि ऑपरेशनल सुरक्षितता ठरवतात.

तापमानाचा चालकतेवर कसा परिणाम होतो?

तापमान बदलून चालकता बदलतेकिती सहजइलेक्ट्रॉन किंवा आयन किंवा उष्णता यांसारखे चार्ज वाहक पदार्थांमधून जातात. प्रत्येक प्रकारच्या पदार्थासाठी त्याचा परिणाम वेगळा असतो. ते कसे कार्य करते ते येथे स्पष्टपणे सांगितले आहे:

१.धातू: वाढत्या तापमानासह चालकता कमी होते

सर्व धातू सामान्य तापमानात सहज वाहणाऱ्या मुक्त इलेक्ट्रॉनद्वारे वाहतात. गरम केल्यावर, धातूचे अणू अधिक तीव्रतेने कंपन करतात. ही कंपने अडथळ्यांसारखे काम करतात, इलेक्ट्रॉन विखुरतात आणि त्यांचा प्रवाह मंदावतात.

विशेषतः, तापमान वाढत असताना विद्युत आणि औष्णिक चालकता हळूहळू कमी होते. खोलीच्या तापमानाजवळ, चालकता सामान्यतः कमी होते१°C वाढीसाठी ~०.४%.याउलट,जेव्हा ८०°C तापमानात वाढ होते,धातू नष्ट होतात२५-३०%त्यांच्या मूळ चालकतेचे.

हे तत्व औद्योगिक प्रक्रियेत मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते, उदाहरणार्थ, गरम वातावरण वायरिंगमधील सुरक्षित विद्युत प्रवाह क्षमता कमी करते आणि शीतकरण प्रणालींमध्ये उष्णता नष्ट होणे कमी करते.

2. सेमीकंडक्टरमध्ये: तापमानासह चालकता वाढते

अर्धवाहक पदार्थाच्या रचनेत घट्ट बांधलेल्या इलेक्ट्रॉनांपासून सुरू होतात. कमी तापमानात, विद्युत प्रवाह वाहून नेण्यासाठी फार कमी लोक हालचाल करू शकतात.तापमान वाढत असताना, उष्णता इलेक्ट्रॉनांना मुक्त होऊन वाहू शकेल इतकी ऊर्जा देते. ते जितके गरम होईल तितके जास्त चार्ज वाहक उपलब्ध होतील,चालकता मोठ्या प्रमाणात वाढवते.

अधिक सहजज्ञ भाषेत सांगायचे तर, कऑन्डक्टिव्हिटी झपाट्याने वाढते, बहुतेकदा सामान्य श्रेणींमध्ये दर १०-१५°C वर दुप्पट होते.हे मध्यम उष्णतेमध्ये कामगिरी करण्यास मदत करते परंतु खूप गरम असल्यास (अतिरिक्त गळती) समस्या निर्माण करू शकते, उदाहरणार्थ, सेमीकंडक्टरने बनवलेली चिप उच्च तापमानाला गरम केल्यास संगणक क्रॅश होऊ शकतो.

3. इलेक्ट्रोलाइट्समध्ये (बॅटरीमध्ये द्रव किंवा जेल): उष्णतेसह चालकता सुधारते

काही लोकांना आश्चर्य वाटते की तापमानाचा द्रावणाच्या विद्युत चालकतेवर कसा परिणाम होतो आणि येथे हा विभाग आहे. इलेक्ट्रोलाइट्स द्रावणातून आयन फिरवतात, तर थंडीमुळे द्रव घट्ट आणि आळशी होतात, ज्यामुळे आयनांची हालचाल मंदावते. तापमान वाढण्यासोबतच, द्रव कमी चिकट होतो, त्यामुळे आयन जलद पसरतात आणि चार्ज अधिक कार्यक्षमतेने वाहून नेतात.

एकंदरीत, प्रत्येक गोष्ट त्याच्या उंबरठ्यावर पोहोचत असताना, चालकता प्रति १°C मध्ये २-३% वाढते. जेव्हा तापमान ४०°C पेक्षा जास्त वाढते तेव्हा चालकता सुमारे ३०% ने कमी होते.

हे तत्व तुम्हाला वास्तविक जगात सापडेल, जसे की बॅटरीसारख्या प्रणाली उष्णतेमध्ये जलद चार्ज होतात, परंतु जास्त गरम झाल्यास नुकसान होण्याचा धोका असतो.

II. तापमानाचा औष्णिक चालकतेवर परिणाम होतो का?

एखाद्या पदार्थातून उष्णता किती सहजपणे जाते याचे मोजमाप, थर्मल चालकता, बहुतेक घन पदार्थांमध्ये तापमान वाढल्याने सामान्यतः कमी होते, जरी पदार्थाची रचना आणि उष्णता वाहून नेण्याच्या पद्धतीनुसार वर्तन बदलते.

धातूंमध्ये, उष्णता प्रामुख्याने मुक्त इलेक्ट्रॉनमधून वाहते. तापमान वाढत असताना, अणू अधिक जोरदारपणे कंपन करतात, या इलेक्ट्रॉनांना विखुरतात आणि त्यांचा मार्ग विस्कळीत करतात, ज्यामुळे उष्णता कार्यक्षमतेने हस्तांतरित करण्याची सामग्रीची क्षमता कमी होते.

स्फटिकासारखे इन्सुलेटरमध्ये, उष्णता फोनॉन म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या अणु कंपनांमधून प्रवास करते. उच्च तापमानामुळे ही कंपन तीव्र होतात, ज्यामुळे अणूंमध्ये वारंवार टक्कर होतात आणि थर्मल चालकता स्पष्टपणे कमी होते.

वायूंमध्ये मात्र उलट घडते. तापमान वाढत असताना, रेणू वेगाने हालचाल करतात आणि अधिक वेळा आदळतात, ज्यामुळे टक्करांमध्ये ऊर्जा अधिक प्रभावीपणे हस्तांतरित होते; म्हणून, औष्णिक चालकता वाढते.

पॉलिमर आणि द्रवपदार्थांमध्ये, वाढत्या तापमानासह थोडीशी सुधारणा सामान्य आहे. उष्ण परिस्थितीमुळे आण्विक साखळ्या अधिक मुक्तपणे हलू शकतात आणि चिकटपणा कमी होतो, ज्यामुळे उष्णता पदार्थातून जाणे सोपे होते.

III. विद्युत आणि औष्णिक चालकता यांच्यातील संबंध

औष्णिक चालकता आणि विद्युत चालकता यांच्यात काही संबंध आहे का? तुम्हाला हा प्रश्न पडला असेल. खरं तर, विद्युत आणि औष्णिक चालकता यांच्यात एक मजबूत संबंध आहे, तरीही हे कनेक्शन केवळ धातूंसारख्या विशिष्ट प्रकारच्या पदार्थांसाठीच अर्थपूर्ण आहे.

१. विद्युत आणि औष्णिक चालकता यांच्यातील मजबूत संबंध

शुद्ध धातूंसाठी (जसे की तांबे, चांदी आणि सोने), एक साधा नियम लागू होतो:जर एखादा पदार्थ वीज चालवण्यास खूप चांगला असेल, तर तो उष्णता चालवण्यास देखील खूप चांगला असतो.हे तत्व इलेक्ट्रॉन-शेअरिंग घटनेवर आधारित आहे.

धातूंमध्ये, वीज आणि उष्णता दोन्ही प्रामुख्याने एकाच कणांद्वारे वाहून नेले जातात: मुक्त इलेक्ट्रॉन. म्हणूनच उच्च विद्युत चालकता काही प्रकरणांमध्ये उच्च औष्णिक चालकता निर्माण करते.

च्या साठीदविद्युतप्रवाह,जेव्हा व्होल्टेज लागू केला जातो तेव्हा हे मुक्त इलेक्ट्रॉन एका दिशेने फिरतात, विद्युत चार्ज घेऊन जातात.

जेव्हा ते येते तेव्हादउष्णताप्रवाह, धातूचा एक टोक गरम असतो आणि दुसरा थंड असतो, आणि हेच मुक्त इलेक्ट्रॉन गरम प्रदेशात वेगाने फिरतात आणि हळू इलेक्ट्रॉनशी टक्कर देतात, ज्यामुळे थंड प्रदेशात ऊर्जा (उष्णता) जलद हस्तांतरित होते.

या सामायिक यंत्रणेचा अर्थ असा आहे की जर एखाद्या धातूमध्ये खूप जास्त गतिमान इलेक्ट्रॉन असतील (ते एक उत्कृष्ट विद्युत वाहक बनवतात), तर ते इलेक्ट्रॉन कार्यक्षम "उष्णता वाहक" म्हणून देखील कार्य करतात, ज्याचे औपचारिक वर्णन द्वारे केले जातेदविडेमन-फ्रँझकायदा.

२. विद्युत आणि औष्णिक चालकता यांच्यातील कमकुवत संबंध

ज्या पदार्थांमध्ये वेगवेगळ्या यंत्रणांद्वारे चार्ज आणि उष्णता वाहून नेली जाते, तिथे विद्युत आणि औष्णिक चालकता यांच्यातील संबंध कमकुवत होतो.

IV. चालकता विरुद्ध क्लोराइड: प्रमुख फरक

विद्युत चालकता आणि क्लोराइड सांद्रता हे दोन्ही महत्त्वाचे घटक आहेतपाण्याच्या गुणवत्तेचे विश्लेषण, ते मूलभूतपणे भिन्न गुणधर्म मोजतात.

चालकता

चालकता ही द्रावणाची विद्युत प्रवाह प्रसारित करण्याच्या क्षमतेचे मोजमाप आहे. It मोजतेसर्व विरघळलेल्या आयनांची एकूण सांद्रतापाण्यात, ज्यामध्ये धनभारित आयन (कॅशन) आणि ऋणभारित आयन (अ‍ॅनियन) असतात.

सर्व आयन, जसे की क्लोराइड (Cl^-), सोडियम (Na⁺), कॅल्शियम (Ca²⁺), बायकार्बोनेट आणि सल्फेट, एकूण चालकता m मध्ये योगदान देतातमायक्रोसीमेन्स प्रति सेंटीमीटर (µS/सेमी) किंवा मिलीसीमेन्स प्रति सेंटीमीटर (mS/सेमी) मध्ये मोजले जाते.

चालकता हा एक जलद, सामान्य सूचक आहेच्याएकूणविरघळलेले घन पदार्थ(टीडीएस) आणि एकूण पाण्याची शुद्धता किंवा खारटपणा.

 क्लोराइड सांद्रता (Cl^-)

क्लोराइडची एकाग्रता ही द्रावणात असलेल्या क्लोराइड आयनचे विशिष्ट मापन आहे.ते मोजतेफक्त क्लोराइड आयनांचे वस्तुमान(क्ल^-) उपस्थित, बहुतेकदा सोडियम क्लोराईड (NaCl) किंवा कॅल्शियम क्लोराईड (CaCl) सारख्या क्षारांपासून मिळवलेले₂).

हे मापन टायट्रेशन (उदा., अर्जेंटोमेट्रिक पद्धत) किंवा आयन-सिलेक्टिव्ह इलेक्ट्रोड (ISEs) सारख्या विशिष्ट पद्धती वापरून केले जाते.मिलिग्राम प्रति लिटर (मिग्रॅ/लिटर) किंवा भाग प्रति दशलक्ष (पीपीएम) मध्ये.

औद्योगिक प्रणालींमध्ये (जसे की बॉयलर किंवा कूलिंग टॉवर्स) गंज होण्याची शक्यता तपासण्यासाठी आणि पिण्याच्या पाण्याच्या पुरवठ्यामध्ये क्षारतेच्या घुसखोरीचे निरीक्षण करण्यासाठी क्लोराइडची पातळी महत्त्वाची आहे.

थोडक्यात, क्लोराइड चालकतेमध्ये योगदान देते, परंतु चालकता क्लोराइडसाठी विशिष्ट नाही.जर क्लोराइडचे प्रमाण वाढले तर एकूण चालकता वाढेल.तथापि, जर एकूण चालकता वाढली तर ते क्लोराइड, सल्फेट, सोडियम किंवा इतर आयनांच्या कोणत्याही संयोजनामुळे वाढू शकते.

म्हणून, चालकता एक उपयुक्त तपासणी साधन म्हणून काम करते (उदा., जर चालकता कमी असेल तर क्लोराइड कमी असण्याची शक्यता असते), परंतु विशेषतः गंज किंवा नियामक हेतूंसाठी क्लोराइडचे निरीक्षण करण्यासाठी, लक्ष्यित रासायनिक चाचणी वापरणे आवश्यक आहे.