Harorat elektr va issiqlik o'tkazuvchanligiga ta'sir qiladimi?

Elektro'tkazuvchanlikya sifatida turadiasosiy parametrfizika, kimyo va zamonaviy muhandislik sohasida turli sohalarda muhim ta'sir ko'rsatadi,yuqori hajmli ishlab chiqarishdan ultra aniq mikroelektronikagacha. Uning hayotiy ahamiyati son-sanoqsiz elektr va issiqlik tizimlarining ishlashi, samaradorligi va ishonchliligi bilan bevosita bog'liqligidan kelib chiqadi.

Ushbu batafsil ekspozitsiya o'rtasidagi murakkab munosabatlarni tushunish uchun keng qamrovli qo'llanma bo'lib xizmat qiladielektr o'tkazuvchanligi (s), issiqlik o'tkazuvchanligi(k), va harorat (T). Bundan tashqari, biz oddiy o'tkazgichlardan tortib, kumush, oltin, mis, temir, eritmalar va kauchuk kabi ixtisoslashgan yarim o'tkazgichlar va izolyatorlargacha bo'lgan turli xil materiallar sinflarining o'tkazuvchanlik xatti-harakatlarini muntazam ravishda o'rganamiz, ular nazariy bilimlar va haqiqiy sanoat ilovalari o'rtasidagi tafovutni bartaraf etadi.

Ushbu o'qishni tugatgandan so'ng, siz mustahkam, nozik tushunchaga ega bo'lasizningtheharorat, o'tkazuvchanlik va issiqlik munosabatlari.

Mundarija:

1. Harorat elektr o'tkazuvchanligiga ta'sir qiladimi?

2. Harorat issiqlik o'tkazuvchanligiga ta'sir qiladimi?

3. Elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi o'rtasidagi bog'liqlik

4. O'tkazuvchanlik va xlorid: asosiy farqlar

I. Harorat elektr o'tkazuvchanligiga ta'sir qiladimi?

Savol: "Harorat o'tkazuvchanlikka ta'sir qiladimi?" aniq javob beradi: Ha.Harorat elektr va issiqlik o'tkazuvchanligiga kritik, materialga bog'liq ta'sir ko'rsatadi.Elektr uzatishdan sensorning ishlashigacha bo'lgan muhim muhandislik ilovalarida harorat va o'tkazuvchanlik nisbati komponentlarning ishlashi, samaradorlik chegaralari va ishlash xavfsizligini belgilaydi.

Harorat o'tkazuvchanlikka qanday ta'sir qiladi?

Harorat o'zgartirish orqali o'tkazuvchanlikni o'zgartiradiqanchalik osonelektronlar yoki ionlar kabi zaryad tashuvchilar yoki issiqlik material orqali harakat qiladi. Har bir turdagi material uchun ta'sir boshqacha. Mana, aniq tushuntirilganidek, u qanday ishlaydi:

1.Metallar: o'tkazuvchanlik harorat ko'tarilishi bilan kamayadi

Barcha metallar normal haroratda osongina oqadigan erkin elektronlar orqali o'tadi. Qizdirilganda metall atomlari kuchliroq tebranadi. Bu tebranishlar to'siqlar kabi harakat qilib, elektronlarni sochadi va ularning oqimini sekinlashtiradi.

Xususan, harorat oshishi bilan elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi doimiy ravishda pasayadi. Xona haroratiga yaqin bo'lsa, o'tkazuvchanlik odatda pasayadi1°C ko‘tarilish uchun ~0,4%.Farqli o'laroq,80 ° C ko'tarilganda,metallar yo'qotadi25–30%ularning asl o'tkazuvchanligi.

Ushbu tamoyil sanoatni qayta ishlashda keng qo'llaniladi, masalan, issiq muhitlar simlarning xavfsiz oqimini kamaytiradi va sovutish tizimlarida issiqlik tarqalishini kamaytiradi.

2. Yarimo'tkazgichlarda: o'tkazuvchanlik harorat bilan ortadi

Yarimo'tkazgichlar materialning tuzilishida qattiq bog'langan elektronlardan boshlanadi. Past haroratlarda ozchilik oqimni o'tkazish uchun harakat qilishi mumkin.Harorat ko'tarilgach, issiqlik elektronlarga bo'shashishi va oqishi uchun etarli energiya beradi. U qanchalik issiq bo'lsa, zaryad tashuvchilar shunchalik ko'p bo'ladi,o'tkazuvchanlikni sezilarli darajada oshiradi.

Intuitivroq aytganda, conduktivlik keskin ko'tariladi, odatda odatdagi diapazonlarda har 10-15 ° C dan ikki baravar ko'payadi.Bu o'rtacha haroratda ishlashga yordam beradi, lekin juda issiq bo'lsa (ortiqcha oqish) muammolarni keltirib chiqarishi mumkin, masalan, yarimo'tkazgich bilan qurilgan chip yuqori haroratgacha qizdirilsa, kompyuter ishdan chiqishi mumkin.

3. Elektrolitlarda (batareyalardagi suyuqliklar yoki jellar): issiqlik o'tkazuvchanligi yaxshilanadi

Ba'zi odamlar haroratning elektr o'tkazuvchanligi eritmasiga qanday ta'sir qilishiga hayron bo'lishadi va mana bu bo'lim. Elektrolitlar eritma orqali harakatlanadigan ionlarni o'tkazadi, sovuq esa suyuqliklarni qalin va sust qiladi, bu esa ionlarning sekin harakatlanishiga olib keladi. Haroratning ko'tarilishi bilan suyuqlik kamroq yopishqoq bo'ladi, shuning uchun ionlar tezroq tarqaladi va zaryadni samaraliroq olib yuradi.

Umuman olganda, o'tkazuvchanlik 1 ° C uchun 2-3% ga oshadi, har bir narsa o'z chegarasini oladi. Harorat 40 ° C ga ko'tarilganda, o'tkazuvchanlik ~ 30% ga kamayadi.

Siz ushbu printsipni haqiqiy dunyoda topishingiz mumkin, masalan, batareyalar kabi tizimlar issiqda tezroq zaryadlanadi, lekin haddan tashqari qizib ketganda zarar etkazish xavfi mavjud.

II. Harorat issiqlik o'tkazuvchanligiga ta'sir qiladimi?

Issiqlik o'tkazuvchanligi, issiqlikning material orqali qanchalik oson o'tishini ko'rsatadigan o'lchov, odatda ko'pchilik qattiq jismlarda harorat ko'tarilishi bilan kamayadi, ammo xatti-harakatlar materialning tuzilishi va issiqlikni tashish usuliga qarab o'zgaradi.

Metalllarda issiqlik asosan erkin elektronlar orqali oqadi. Harorat oshishi bilan atomlar kuchliroq tebranadi, bu elektronlarni sochadi va ularning yo'lini buzadi, bu materialning issiqlikni samarali o'tkazish qobiliyatini pasaytiradi.

Kristalli izolyatorlarda issiqlik fononlar deb ataladigan atom tebranishlari orqali tarqaladi. Yuqori haroratlar bu tebranishlarning kuchayishiga olib keladi, bu atomlar o'rtasida tez-tez to'qnashuvga va issiqlik o'tkazuvchanligining aniq pasayishiga olib keladi.

Gazlarda esa buning aksi sodir bo'ladi. Harorat ko'tarilgach, molekulalar tezroq harakat qiladi va tez-tez to'qnashadi, to'qnashuvlar orasidagi energiyani samaraliroq uzatadi; shuning uchun issiqlik o'tkazuvchanligi ortadi.

Polimerlar va suyuqliklarda harorat ko'tarilishi bilan bir oz yaxshilanish odatiy holdir. Issiqroq sharoit molekulyar zanjirlarning erkin harakatlanishiga va yopishqoqlikni kamaytirishga imkon beradi, bu esa issiqlikning materialdan o'tishini osonlashtiradi.

III. Elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi o'rtasidagi bog'liqlik

Issiqlik o'tkazuvchanligi va elektr o'tkazuvchanligi o'rtasida bog'liqlik bormi? Sizni bu savol qiziqtirishi mumkin. Aslida, elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi o'rtasida kuchli bog'liqlik mavjud, ammo bu bog'liqlik faqat metallar kabi ma'lum turdagi materiallar uchun mantiqiydir.

1. Elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi o'rtasidagi kuchli bog'liqlik

Sof metallar (masalan, mis, kumush va oltin) uchun oddiy qoida qo'llaniladi:Agar material elektr tokini juda yaxshi o'tkazsa, u issiqlikni ham juda yaxshi o'tkazadi.Bu tamoyil elektron almashish hodisasiga asoslanadi.

Metalllarda elektr toki ham, issiqlik ham birinchi navbatda bir xil zarralar tomonidan tashiladi: erkin elektronlar. Shuning uchun yuqori elektr o'tkazuvchanligi ma'lum hollarda yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga olib keladi.

uchuntheelektroqim,kuchlanish qo'llanilganda, bu erkin elektronlar elektr zaryadini olib, bir yo'nalishda harakatlanadi.

Gap kelgandatheissiqlikoqim, metallning bir uchi issiq, ikkinchisi sovuq bo'lib, xuddi shu erkin elektronlar issiq mintaqada tezroq harakatlanadi va sekinroq elektronlarga urilib, energiyani (issiqlikni) sovuq hududga tez o'tkazadi.

Ushbu umumiy mexanizm shuni anglatadiki, agar metallda juda ko'p harakatlanuvchi elektronlar bo'lsa (uni ajoyib elektr o'tkazgichga aylantiradi), bu elektronlar ham samarali "issiqlik tashuvchisi" sifatida ishlaydi, bu rasman tasvirlangan.theWiedemann-FranzQonun.

2. Elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi o'rtasidagi zaif bog'liqlik

Elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi o'rtasidagi bog'liqlik zaryad va issiqlik turli mexanizmlar tomonidan olib boriladigan materiallarda zaiflashadi.

IV. O'tkazuvchanlik va xlorid: asosiy farqlar

Elektr o'tkazuvchanligi ham, xlorid konsentratsiyasi ham muhim parametrlardirsuv sifatini tahlil qilish, ular tubdan farq qiluvchi xususiyatlarni o'lchaydilar.

O'tkazuvchanlik

O'tkazuvchanlik eritmaning elektr tokini o'tkazish qobiliyatining o'lchovidir. It ni o'lchaydibarcha erigan ionlarning umumiy konsentratsiyasisuvda musbat zaryadlangan ionlar (kationlar) va manfiy zaryadlangan ionlar (anionlar).

Barcha ionlar, masalan, xlorid (Cl^-), natriy (Na⁺), kaltsiy (Ca²⁺), bikarbonat va sulfat, umumiy o'tkazuvchanlikka hissa qo'shadi msantimetr uchun microSiemens (µS/sm) yoki milliSiemens/santimetrda (mS/sm) hisoblangan.

O'tkazuvchanlik tez, umumiy ko'rsatkichdirningJamiErigan qattiq moddalar(TDS) va umumiy suvning tozaligi yoki sho'rligi.

 Xlorid konsentratsiyasi (Cl^-)

Xlorid konsentratsiyasi faqat eritmada mavjud bo'lgan xlorid anionining o'ziga xos o'lchovidir.ni o'lchaydifaqat xlorid ionlarining massasi(Cl^-) mavjud bo'lib, ko'pincha natriy xlorid (NaCl) yoki kaltsiy xlorid (CaCl) kabi tuzlardan olinadi.₂).

Ushbu o'lchov titrlash (masalan, Argentometrik usul) yoki ion-selektiv elektrodlar (ISEs) kabi maxsus usullar yordamida amalga oshiriladi.litr boshiga milligramm (mg/l) yoki milliondagi qismlar (ppm).

Xlorid darajalari sanoat tizimlarida (qozonxonalar yoki sovutish minoralari kabi) korroziya potentsialini baholash va ichimlik suvi ta'minotidagi sho'rlanishni kuzatish uchun juda muhimdir.

Bir so'z bilan aytganda, xlorid o'tkazuvchanlikka hissa qo'shadi, ammo o'tkazuvchanlik xloridga xos emas.Agar xlorid konsentratsiyasi oshsa, umumiy o'tkazuvchanlik ortadi.Biroq, agar umumiy o'tkazuvchanlik oshsa, bu xlorid, sulfat, natriy yoki boshqa ionlarning har qanday birikmasining ko'payishi bilan bog'liq bo'lishi mumkin.

Shuning uchun o'tkazuvchanlik foydali skrining vositasi bo'lib xizmat qiladi (masalan, agar o'tkazuvchanlik past bo'lsa, xlorid past bo'lishi mumkin), lekin xloridni korroziya yoki tartibga solish maqsadlarida maxsus nazorat qilish uchun maqsadli kimyoviy testdan foydalanish kerak.