ఉష్ణోగ్రత విద్యుత్ మరియు ఉష్ణ వాహకతను ప్రభావితం చేస్తుందా?

విద్యుత్వాహకతవైగా నిలుస్తుందిప్రాథమిక పరామితిభౌతిక శాస్త్రం, రసాయన శాస్త్రం మరియు ఆధునిక ఇంజనీరింగ్‌లో, వివిధ రంగాలలో గణనీయమైన ప్రభావాలను కలిగి ఉంది,అధిక-వాల్యూమ్ తయారీ నుండి అల్ట్రా-ప్రెసిస్ మైక్రోఎలక్ట్రానిక్స్ వరకు. లెక్కలేనన్ని విద్యుత్ మరియు ఉష్ణ వ్యవస్థల పనితీరు, సామర్థ్యం మరియు విశ్వసనీయతకు దాని ప్రత్యక్ష సంబంధం నుండి దీని కీలక ప్రాముఖ్యత ఏర్పడింది.

ఈ వివరణాత్మక వివరణ మధ్య ఉన్న సంక్లిష్ట సంబంధాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి సమగ్ర మార్గదర్శిగా పనిచేస్తుందివిద్యుత్ వాహకత (σ), ఉష్ణ వాహకత(కె), మరియు ఉష్ణోగ్రత (T)ఇంకా, సాధారణ కండక్టర్ల నుండి వెండి, బంగారం, రాగి, ఇనుము, ద్రావణాలు మరియు రబ్బరు వంటి ప్రత్యేకమైన సెమీకండక్టర్లు మరియు అవాహకాల వరకు విభిన్న పదార్థాల తరగతుల వాహకత ప్రవర్తనలను మేము క్రమపద్ధతిలో అన్వేషిస్తాము, ఇవి సైద్ధాంతిక జ్ఞానం మరియు వాస్తవ ప్రపంచ పారిశ్రామిక అనువర్తనాల మధ్య అంతరాన్ని తగ్గిస్తాయి.

ఈ పఠనం పూర్తయిన తర్వాత, మీరు దృఢమైన, సూక్ష్మమైన అవగాహనతో సన్నద్ధమవుతారు.యొక్కదిఉష్ణోగ్రత, వాహకత మరియు వేడి యొక్క సంబంధం.

విషయ సూచిక:

1. ఉష్ణోగ్రత విద్యుత్ వాహకతను ప్రభావితం చేస్తుందా?

2. ఉష్ణోగ్రత ఉష్ణ వాహకతను ప్రభావితం చేస్తుందా?

3. విద్యుత్ మరియు ఉష్ణ వాహకత మధ్య సంబంధం

4. వాహకత vs క్లోరైడ్: కీలక తేడాలు

I. ఉష్ణోగ్రత విద్యుత్ వాహకతను ప్రభావితం చేస్తుందా?

"ఉష్ణోగ్రత వాహకతను ప్రభావితం చేస్తుందా?" అనే ప్రశ్నకు ఖచ్చితంగా సమాధానం ఇవ్వబడుతుంది: అవును.ఉష్ణోగ్రత విద్యుత్ మరియు ఉష్ణ వాహకత రెండింటిపై కీలకమైన, పదార్థ-ఆధారిత ప్రభావాన్ని చూపుతుంది.విద్యుత్ ప్రసారం నుండి సెన్సార్ ఆపరేషన్ వరకు కీలకమైన ఇంజనీరింగ్ అనువర్తనాల్లో, ఉష్ణోగ్రత మరియు వాహకత సంబంధం భాగాల పనితీరు, సామర్థ్య మార్జిన్‌లు మరియు కార్యాచరణ భద్రతను నిర్దేశిస్తుంది.

ఉష్ణోగ్రత వాహకతను ఎలా ప్రభావితం చేస్తుంది?

ఉష్ణోగ్రత మార్చడం ద్వారా వాహకతను మారుస్తుందిఎంత సులభంగాఎలక్ట్రాన్లు లేదా అయాన్లు వంటి ఛార్జ్ క్యారియర్లు లేదా వేడి ఒక పదార్థం ద్వారా కదులుతాయి. ప్రతి రకమైన పదార్థానికి ప్రభావం భిన్నంగా ఉంటుంది. స్పష్టంగా వివరించిన విధంగా ఇది ఎలా పనిచేస్తుందో ఇక్కడ ఉంది:

1.లోహాలు: పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో వాహకత తగ్గుతుంది.

అన్ని లోహాలు సాధారణ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద సులభంగా ప్రవహించే స్వేచ్ఛా ఎలక్ట్రాన్ల ద్వారా ప్రవహిస్తాయి. వేడి చేసినప్పుడు, లోహం యొక్క అణువులు మరింత తీవ్రంగా కంపిస్తాయి. ఈ కంపనాలు అడ్డంకుల వలె పనిచేస్తాయి, ఎలక్ట్రాన్లను చెదరగొట్టి వాటి ప్రవాహాన్ని నెమ్మదిస్తాయి.

ముఖ్యంగా, ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ విద్యుత్ మరియు ఉష్ణ వాహకత క్రమంగా తగ్గుతుంది. గది ఉష్ణోగ్రత దగ్గర, వాహకత సాధారణంగా తగ్గుతుంది1°C పెరుగుదలకు ~0.4%.దీనికి విరుద్ధంగా,80°C పెరుగుదల సంభవించినప్పుడు,లోహాలు కోల్పోతాయి25–30%వాటి అసలు వాహకత.

ఈ సూత్రం పారిశ్రామిక ప్రాసెసింగ్‌లో విస్తృతంగా అమలు చేయబడింది, ఉదాహరణకు, వేడి వాతావరణాలు వైరింగ్‌లో సురక్షిత కరెంట్ సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తాయి మరియు శీతలీకరణ వ్యవస్థలలో ఉష్ణ వెదజల్లడాన్ని తగ్గిస్తాయి.

2. సెమీకండక్టర్లలో: ఉష్ణోగ్రతతో వాహకత పెరుగుతుంది.

సెమీకండక్టర్లు పదార్థ నిర్మాణంలో గట్టిగా బంధించబడిన ఎలక్ట్రాన్లతో ప్రారంభమవుతాయి. తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, కొన్ని మాత్రమే విద్యుత్తును మోసుకెళ్ళగలవు.ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, వేడి ఎలక్ట్రాన్‌లకు విడిపోయి ప్రవహించడానికి తగినంత శక్తిని ఇస్తుంది. అది వెచ్చగా ఉంటే, ఎక్కువ ఛార్జ్ క్యారియర్‌లు అందుబాటులోకి వస్తాయి,వాహకతను బాగా పెంచుతుంది.

మరింత స్పష్టమైన పరంగా, సిప్రేరకత బాగా పెరుగుతుంది, తరచుగా సాధారణ పరిధులలో ప్రతి 10–15°C కి రెట్టింపు అవుతుంది.ఇది మితమైన వేడిలో పనితీరును మెరుగుపరచడంలో సహాయపడుతుంది కానీ చాలా వేడిగా ఉంటే సమస్యలను కలిగిస్తుంది (అదనపు లీకేజీ), ఉదాహరణకు, సెమీకండక్టర్‌తో నిర్మించిన చిప్‌ను అధిక ఉష్ణోగ్రతకు వేడి చేస్తే కంప్యూటర్ క్రాష్ కావచ్చు.

3. ఎలక్ట్రోలైట్లలో (బ్యాటరీలలో ద్రవాలు లేదా జెల్లు): వేడితో వాహకత మెరుగుపడుతుంది.

కొంతమంది ఉష్ణోగ్రత ద్రావణంలోని విద్యుత్ వాహకతను ఎలా ప్రభావితం చేస్తుందో ఆశ్చర్యపోతారు, మరియు ఇక్కడ ఈ విభాగం ఉంది. ఎలక్ట్రోలైట్లు ద్రావణం ద్వారా అయాన్ల కదలికను నిర్వహిస్తాయి, అయితే చల్లని ద్రవాలను మందంగా మరియు నిదానంగా చేస్తుంది, ఫలితంగా అయాన్ల నెమ్మదిగా కదలిక జరుగుతుంది. ఉష్ణోగ్రత పెరగడంతో పాటు, ద్రవం తక్కువ జిగటగా మారుతుంది, కాబట్టి అయాన్లు వేగంగా వ్యాప్తి చెందుతాయి మరియు ఛార్జ్‌ను మరింత సమర్థవంతంగా తీసుకువెళతాయి.

మొత్తం మీద, వాహకత 1°C కి 2–3% పెరుగుతుంది, అయితే ప్రతిదీ దాని అంచుకు చేరుకుంటుంది. ఉష్ణోగ్రత 40°C కంటే ఎక్కువ పెరిగినప్పుడు, వాహకత ~30% తగ్గుతుంది.

బ్యాటరీలు వంటి వ్యవస్థలు వేడిలో వేగంగా ఛార్జ్ అవుతాయి, కానీ వేడెక్కితే దెబ్బతినే ప్రమాదం ఉంది కాబట్టి మీరు ఈ సూత్రాన్ని వాస్తవ ప్రపంచంలో కనుగొనవచ్చు.

II. ఉష్ణోగ్రత ఉష్ణ వాహకతను ప్రభావితం చేస్తుందా?

ఉష్ణ వాహకత, ఒక పదార్థం ద్వారా వేడి ఎంత తేలికగా కదులుతుందో కొలిచే కొలత, సాధారణంగా చాలా ఘనపదార్థాలలో ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ తగ్గుతుంది, అయితే పదార్థం యొక్క నిర్మాణం మరియు వేడిని మోసే విధానం ఆధారంగా ప్రవర్తన మారుతుంది.

లోహాలలో, వేడి ప్రధానంగా స్వేచ్ఛా ఎలక్ట్రాన్ల ద్వారా ప్రవహిస్తుంది. ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, అణువులు మరింత బలంగా కంపిస్తాయి, ఈ ఎలక్ట్రాన్‌లను చెల్లాచెదురు చేస్తాయి మరియు వాటి మార్గాన్ని అంతరాయం కలిగిస్తాయి, ఇది వేడిని సమర్థవంతంగా బదిలీ చేసే పదార్థ సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తుంది.

స్ఫటికాకార అవాహకాలలో, వేడి ఫోనాన్లు అని పిలువబడే అణు కంపనాల ద్వారా ప్రయాణిస్తుంది. అధిక ఉష్ణోగ్రతలు ఈ కంపనాలను తీవ్రతరం చేస్తాయి, దీని వలన అణువుల మధ్య తరచుగా ఘర్షణలు జరుగుతాయి మరియు ఉష్ణ వాహకతలో స్పష్టమైన తగ్గుదల కనిపిస్తుంది.

అయితే, వాయువులలో, దీనికి విరుద్ధంగా జరుగుతుంది. ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, అణువులు వేగంగా కదులుతాయి మరియు తరచుగా ఢీకొంటాయి, ఢీకొనడం మధ్య శక్తిని మరింత సమర్థవంతంగా బదిలీ చేస్తాయి; అందువల్ల, ఉష్ణ వాహకత పెరుగుతుంది.

పాలిమర్లు మరియు ద్రవాలలో, ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ స్వల్ప మెరుగుదల సాధారణం. వెచ్చని పరిస్థితులు పరమాణు గొలుసులు మరింత స్వేచ్ఛగా కదలడానికి మరియు స్నిగ్ధతను తగ్గించడానికి అనుమతిస్తాయి, దీని వలన పదార్థం గుండా వేడి సులభంగా వెళుతుంది.

III. విద్యుత్ మరియు ఉష్ణ వాహకత మధ్య సంబంధం

ఉష్ణ వాహకత మరియు విద్యుత్ వాహకత మధ్య సంబంధం ఉందా? మీరు ఈ ప్రశ్న గురించి ఆశ్చర్యపోవచ్చు. వాస్తవానికి, విద్యుత్ మరియు ఉష్ణ వాహకత మధ్య బలమైన సంబంధం ఉంది, అయినప్పటికీ ఈ కనెక్షన్ లోహాల వంటి కొన్ని రకాల పదార్థాలకు మాత్రమే అర్ధవంతంగా ఉంటుంది.

1. విద్యుత్ మరియు ఉష్ణ వాహకత మధ్య బలమైన సంబంధం

స్వచ్ఛమైన లోహాలకు (రాగి, వెండి మరియు బంగారం వంటివి), ఒక సాధారణ నియమం వర్తిస్తుంది:ఒక పదార్థం విద్యుత్తును ప్రసరింపజేయడంలో చాలా మంచిదైతే, అది వేడిని ప్రసరింపజేయడంలో కూడా చాలా మంచిదవుతుంది.ఈ సూత్రం ఎలక్ట్రాన్-షేరింగ్ దృగ్విషయం ఆధారంగా కొనసాగుతుంది.

లోహాలలో, విద్యుత్తు మరియు వేడి రెండూ ప్రధానంగా ఒకే కణాల ద్వారా మోసుకెళ్ళబడతాయి: స్వేచ్ఛా ఎలక్ట్రాన్లు. అందుకే అధిక విద్యుత్ వాహకత కొన్ని సందర్భాల్లో అధిక ఉష్ణ వాహకతకు దారితీస్తుంది.

కోసందివిద్యుత్ప్రవాహం,వోల్టేజ్ వర్తించినప్పుడు, ఈ స్వేచ్ఛా ఎలక్ట్రాన్లు ఒక దిశలో కదులుతాయి, విద్యుత్ చార్జ్‌ను మోస్తాయి.

విషయానికి వస్తేదివేడిప్రవాహం, లోహం యొక్క ఒక చివర వేడిగా మరియు మరొక చివర చల్లగా ఉంటుంది, మరియు ఈ స్వేచ్ఛా ఎలక్ట్రాన్లు వేడి ప్రాంతంలో వేగంగా కదులుతాయి మరియు నెమ్మదిగా ఎలక్ట్రాన్లలోకి దూసుకుపోతాయి, త్వరగా శక్తిని (వేడిని) చల్లని ప్రాంతానికి బదిలీ చేస్తాయి.

ఈ ఉమ్మడి యంత్రాంగం అంటే ఒక లోహంలో అధిక చలనశీల ఎలక్ట్రాన్లు ఎక్కువగా ఉంటే (అది అద్భుతమైన విద్యుత్ వాహకంగా మారుతుంది), ఆ ఎలక్ట్రాన్లు సమర్థవంతమైన "ఉష్ణ వాహకాలు"గా కూడా పనిచేస్తాయి, దీనిని అధికారికంగా ఇలా వర్ణించారుదివీడెమాన్-ఫ్రాంజ్చట్టం.

2. విద్యుత్ మరియు ఉష్ణ వాహకత మధ్య బలహీనమైన సంబంధం

వివిధ విధానాల ద్వారా ఛార్జ్ మరియు వేడిని మోసుకెళ్ళే పదార్థాలలో విద్యుత్ మరియు ఉష్ణ వాహకత మధ్య సంబంధం బలహీనపడుతుంది.

IV. వాహకత vs క్లోరైడ్: కీలక తేడాలు

విద్యుత్ వాహకత మరియు క్లోరైడ్ గాఢత రెండూ ముఖ్యమైన పారామితులు అయితేనీటి నాణ్యత విశ్లేషణ, అవి ప్రాథమికంగా భిన్నమైన లక్షణాలను కొలుస్తాయి.

వాహకత

విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ప్రసారం చేయగల ద్రావణం యొక్క సామర్థ్యాన్ని వాహకత కొలమానం అంటారు. It కొలుస్తుందికరిగిన అన్ని అయాన్ల మొత్తం గాఢతనీటిలో, ఇందులో ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన అయాన్లు (కేషన్లు) మరియు ఋణాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన అయాన్లు (అయాన్లు) ఉంటాయి.

క్లోరైడ్ (Cl) వంటి అన్ని అయాన్లు^-), సోడియం (Na⁺), కాల్షియం (Ca²⁺), బైకార్బోనేట్ మరియు సల్ఫేట్, మొత్తం వాహకతకు దోహదం చేస్తాయి mమైక్రోసీమెన్స్ పర్ సెంటీమీటర్ (µS/సెం.మీ) లేదా మిల్లీసీమెన్స్ పర్ సెంటీమీటర్ (mS/సెం.మీ)లో తేలికపరచబడింది.

వాహకత అనేది ఒక త్వరిత, సాధారణ సూచికయొక్కమొత్తంకరిగిన ఘనపదార్థాలు(TDS) మరియు మొత్తం నీటి స్వచ్ఛత లేదా లవణీయత.

 క్లోరైడ్ గాఢత (Cl^-)

క్లోరైడ్ గాఢత అనేది ద్రావణంలో ఉన్న క్లోరైడ్ అయాన్ యొక్క నిర్దిష్ట కొలత.ఇది కొలుస్తుందిక్లోరైడ్ అయాన్ల ద్రవ్యరాశి మాత్రమే(క్లోరిన్^-) ఉంటుంది, తరచుగా సోడియం క్లోరైడ్ (NaCl) లేదా కాల్షియం క్లోరైడ్ (CaCl) వంటి లవణాల నుండి తీసుకోబడుతుంది.₂).

ఈ కొలత టైట్రేషన్ (ఉదా., అర్జెంటోమెట్రిక్ పద్ధతి) లేదా అయాన్-సెలెక్టివ్ ఎలక్ట్రోడ్లు (ISEలు) వంటి నిర్దిష్ట పద్ధతులను ఉపయోగించి నిర్వహిస్తారు.లీటరుకు మిల్లీగ్రాములలో (mg/L) లేదా మిలియన్‌కు భాగాలు (ppm).

పారిశ్రామిక వ్యవస్థలలో (బాయిలర్లు లేదా కూలింగ్ టవర్లు వంటివి) తుప్పు పట్టే సామర్థ్యాన్ని అంచనా వేయడానికి మరియు తాగునీటి సరఫరాలో లవణీయత చొరబాట్లను పర్యవేక్షించడానికి క్లోరైడ్ స్థాయిలు చాలా కీలకం.

క్లుప్తంగా చెప్పాలంటే, క్లోరైడ్ వాహకతకు దోహదం చేస్తుంది, కానీ వాహకత క్లోరైడ్‌కు ప్రత్యేకమైనది కాదు.క్లోరైడ్ గాఢత పెరిగితే, మొత్తం వాహకత పెరుగుతుంది.అయితే, మొత్తం వాహకత పెరిగితే, అది క్లోరైడ్, సల్ఫేట్, సోడియం లేదా ఇతర అయాన్ల కలయిక పెరుగుదల వల్ల కావచ్చు.

అందువల్ల, వాహకత ఉపయోగకరమైన స్క్రీనింగ్ సాధనంగా పనిచేస్తుంది (ఉదా., వాహకత తక్కువగా ఉంటే, క్లోరైడ్ తక్కువగా ఉండే అవకాశం ఉంది), కానీ తుప్పు లేదా నియంత్రణ ప్రయోజనాల కోసం ప్రత్యేకంగా క్లోరైడ్‌ను పర్యవేక్షించడానికి, లక్ష్య రసాయన పరీక్షను ఉపయోగించాలి.