მოქმედებს თუ არა ტემპერატურა ელექტრო და თბოგამტარობაზე?

ელექტროკონდუქტივიტიyდგას როგორცფუნდამენტური პარამეტრიფიზიკაში, ქიმიასა და თანამედროვე ინჟინერიაში, რომელსაც მნიშვნელოვანი გავლენა აქვს დარგების სპექტრზე,დიდი მოცულობის წარმოებიდან ულტრაზუსტ მიკროელექტრონიკამდე. მისი სასიცოცხლო მნიშვნელობა გამომდინარეობს უამრავი ელექტრო და თერმული სისტემის მუშაობასთან, ეფექტურობასა და საიმედოობასთან მისი პირდაპირი კორელაციიდან.

ეს დეტალური აღწერა წარმოადგენს ყოვლისმომცველ სახელმძღვანელოს მათ შორის რთული ურთიერთობის გასაგებად.ელექტროგამტარობა (σ), თბოგამტარობა(κ)და ტემპერატურა (T)გარდა ამისა, ჩვენ სისტემატურად შევისწავლით სხვადასხვა მასალის კლასების გამტარობის ქცევას, დაწყებული ჩვეულებრივი გამტარებიდან, დამთავრებული სპეციალიზებული ნახევარგამტარებითა და იზოლატორებით, როგორიცაა ვერცხლი, ოქრო, სპილენძი, რკინა, ხსნარები და რეზინი, რაც ავსებს უფსკრულს თეორიულ ცოდნასა და რეალურ სამრეწველო გამოყენებას შორის.

ამ კითხვის დასრულების შემდეგ, თქვენ მიიღებთ ძლიერ და ნიუანსირებულ გაგებას-ისისტემპერატურის, გამტარობისა და სითბოს ურთიერთკავშირი.

შინაარსი:

1. მოქმედებს თუ არა ტემპერატურა ელექტროგამტარობაზე?

2. მოქმედებს თუ არა ტემპერატურა თბოგამტარობაზე?

3. ელექტრო და თბოგამტარობას შორის დამოკიდებულება

4. გამტარობა ქლორიდთან შედარებით: ძირითადი განსხვავებები

I. მოქმედებს თუ არა ტემპერატურა ელექტროგამტარობაზე?

კითხვაზე „გავლენას ახდენს თუ არა ტემპერატურა გამტარობაზე?“ ცალსახად არის პასუხი: დიახ.ტემპერატურა კრიტიკულ, მასალაზე დამოკიდებულ გავლენას ახდენს როგორც ელექტრო, ასევე თბოგამტარობაზე.კრიტიკულ საინჟინრო აპლიკაციებში, სიმძლავრის გადაცემიდან სენსორის მუშაობამდე, ტემპერატურისა და გამტარობის თანაფარდობა განსაზღვრავს კომპონენტის მუშაობას, ეფექტურობის ზღვარს და ექსპლუატაციის უსაფრთხოებას.

როგორ მოქმედებს ტემპერატურა გამტარობაზე?

ტემპერატურა ცვლის გამტარობას შეცვლითრამდენად ადვილადმასალაში მოძრაობენ მუხტის მატარებლები, როგორიცაა ელექტრონები ან იონები, ან სითბო. ეფექტი განსხვავებულია თითოეული ტიპის მასალისთვის. აი, როგორ მუშაობს ეს ზუსტად, როგორც ეს ნათლად არის ახსნილი:

1.ლითონები: გამტარობა მცირდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად

ყველა ლითონი ასხივებს დენს თავისუფალი ელექტრონების მეშვეობით, რომლებიც ნორმალურ ტემპერატურაზე ადვილად მოძრაობენ. გაცხელებისას ლითონის ატომები უფრო ინტენსიურად ვიბრირებენ. ეს ვიბრაციები დაბრკოლებების მსგავსად მოქმედებს, ფანტავს ელექტრონებს და ანელებს მათ დინებას.

კერძოდ, ელექტრო და თბოგამტარობა ტემპერატურის მატებასთან ერთად თანდათან მცირდება. ოთახის ტემპერატურასთან ახლოს, გამტარობა, როგორც წესი, მცირდება~0.4% ყოველ 1°C-ით მატებაზე.ამის საპირისპიროდ,როდესაც ტემპერატურა 80°C-ით მოიმატებს,ლითონები კარგავენ25–30%მათი საწყისი გამტარობის.

ეს პრინციპი ფართოდ გამოიყენება სამრეწველო გადამუშავებაში, მაგალითად, ცხელი გარემო ამცირებს გაყვანილობაში უსაფრთხო დენის სიმძლავრეს და ამცირებს სითბოს გაფრქვევას გაგრილების სისტემებში.

2. ნახევარგამტარებში: გამტარობა იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად

ნახევარგამტარები თავდაპირველად მასალის სტრუქტურაში მჭიდროდ შეკრული ელექტრონებით იქმნებიან. დაბალ ტემპერატურაზე, მხოლოდ რამდენიმე მათგანს შეუძლია დენის გადატანა.ტემპერატურის მატებასთან ერთად, სითბო ელექტრონებს საკმარის ენერგიას აძლევს განთავისუფლებისა და მოძრაობისთვის. რაც უფრო თბება, მით უფრო მეტი მუხტის მატარებელი ხდება ხელმისაწვდომი.მნიშვნელოვნად ზრდის გამტარობას.

უფრო ინტუიციური ტერმინებით, გგამტარობა მკვეთრად იზრდება, ხშირად ორმაგდება ყოველ 10-15°C-ზე ტიპურ დიაპაზონში.ეს ხელს უწყობს მუშაობას ზომიერი სითბოს პირობებში, მაგრამ შეიძლება პრობლემები გამოიწვიოს ზედმეტად გაცხელების შემთხვევაში (ჭარბი გაჟონვა), მაგალითად, კომპიუტერი შეიძლება გაითიშოს, თუ ნახევარგამტარული ჩიპი მაღალ ტემპერატურამდე გაცხელდება.

3. ელექტროლიტებში (სითხეები ან გელები ბატარეებში): გამტარობა უმჯობესდება სითბოს ზემოქმედებით.

ზოგიერთ ადამიანს აინტერესებს, თუ როგორ მოქმედებს ტემპერატურა ხსნარის ელექტროგამტარობაზე და აი, ეს ნაწილი. ელექტროლიტები ხსნარში იონების მოძრაობას ატარებენ, სიცივე კი სითხეებს სქელსა და ნელა მოძრაობს, რაც იონების მოძრაობას ანელებს. ტემპერატურის მატებასთან ერთად, სითხე ნაკლებად ბლანტი ხდება, ამიტომ იონები უფრო სწრაფად დიფუზირდებიან და მუხტს უფრო ეფექტურად გადააქვთ.

საბოლოო ჯამში, გამტარობა იზრდება 2-3%-ით ყოველ 1°C-ზე, სანამ ყველაფერი თავის ზღვარს უახლოვდება. როდესაც ტემპერატურა 40°C-ზე მეტად იზრდება, გამტარობა მცირდება დაახლოებით 30%-ით.

ამ პრინციპის აღმოჩენა რეალურ სამყაროში შეგიძლიათ, მაგალითად, ისეთი სისტემების მსგავსად, რომლებიც სითბოს დროს უფრო სწრაფად იტენება, თუმცა გადახურების შემთხვევაში დაზიანების რისკი არსებობს.

II. მოქმედებს თუ არა ტემპერატურა თბოგამტარობაზე?

თბოგამტარობა, რომელიც მიუთითებს მასალაში სითბოს გადაადგილების სიმარტივეზე, როგორც წესი, მცირდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად მყარი სხეულების უმეტესობაში, თუმცა ეს ქცევა განსხვავდება მასალის სტრუქტურისა და სითბოს გადაცემის წესის მიხედვით.

ლითონებში სითბო ძირითადად თავისუფალი ელექტრონების მეშვეობით გადადის. ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ატომები უფრო ძლიერად ვიბრირებენ, ფანტავენ ამ ელექტრონებს და არღვევენ მათ გზას, რაც ამცირებს მასალის სითბოს ეფექტურად გადაცემის უნარს.

კრისტალურ იზოლატორებში სითბო გადადის ატომური ვიბრაციების მეშვეობით, რომლებიც ფონონების სახელითაა ცნობილი. უფრო მაღალი ტემპერატურა იწვევს ამ ვიბრაციების გაძლიერებას, რაც იწვევს ატომებს შორის უფრო ხშირ შეჯახებებს და თბოგამტარობის აშკარა ვარდნას.

აირებში კი პირიქით ხდება. ტემპერატურის მატებასთან ერთად მოლეკულები უფრო სწრაფად მოძრაობენ და უფრო ხშირად ეჯახებიან ერთმანეთს, რაც უფრო ეფექტურად გადასცემს ენერგიას შეჯახებებს შორის; შესაბამისად, იზრდება თბოგამტარობა.

პოლიმერებსა და სითხეებში ტემპერატურის მატებასთან ერთად მცირედი გაუმჯობესება შეინიშნება. უფრო თბილი პირობები მოლეკულურ ჯაჭვებს უფრო თავისუფლად გადაადგილების საშუალებას აძლევს და ამცირებს სიბლანტეს, რაც სითბოს მასალაში გავლას აადვილებს.

III. ელექტრო და თბოგამტარობას შორის დამოკიდებულება

არსებობს თუ არა კორელაცია თბოგამტარობასა და ელექტროგამტარობას შორის? შეიძლება გაგიჩნდეთ ეს კითხვა. სინამდვილეში, ელექტრო და თბოგამტარობას შორის ძლიერი კავშირი არსებობს, თუმცა ეს კავშირი მხოლოდ გარკვეული ტიპის მასალებისთვისაა გასაგები, მაგალითად, ლითონებისთვის.

1. ელექტრულ და თბოგამტარობას შორის ძლიერი კავშირი

სუფთა ლითონებისთვის (მაგალითად, სპილენძი, ვერცხლი და ოქრო) მოქმედებს მარტივი წესი:თუ მასალა ძალიან კარგად ატარებს ელექტროენერგიას, ის ასევე ძალიან კარგად ატარებს სითბოს.ეს პრინციპი ელექტრონების გაზიარების ფენომენზეა დაფუძნებული.

ლითონებში როგორც ელექტროენერგია, ასევე სითბო ძირითადად ერთი და იგივე ნაწილაკებით: თავისუფალი ელექტრონებით გადაიცემა. სწორედ ამიტომ, მაღალი ელექტროგამტარობა გარკვეულ შემთხვევებში მაღალ თბოგამტარობას იწვევს.

ამისთვისისელექტრონაკადი,როდესაც ძაბვა გამოიყენება, ეს თავისუფალი ელექტრონები ერთი მიმართულებით მოძრაობენ და ელექტრულ მუხტს ატარებენ.

როდესაც საქმე ეხებაისსითბონაკადი, ლითონის ერთი ბოლო ცხელია, მეორე კი ცივი, და იგივე თავისუფალი ელექტრონები ცხელ რეგიონში უფრო სწრაფად მოძრაობენ და უფრო ნელ ელექტრონებს ეჯახებიან, რითაც სწრაფად გადასცემენ ენერგიას (სითბოს) ცივ რეგიონში.

ეს საერთო მექანიზმი ნიშნავს, რომ თუ ლითონს აქვს ბევრი მაღალმოძრავი ელექტრონი (რაც მას შესანიშნავ ელექტროგამტარად აქცევს), ეს ელექტრონები ასევე მოქმედებენ როგორც ეფექტური „სითბომატარებლები“, რაც ფორმალურად აღწერილია შემდეგნაირადისვიდემან-ფრანცისამართალი.

2. სუსტი კავშირი ელექტრო და თბოგამტარობას შორის

ელექტრო და თბოგამტარობას შორის კავშირი სუსტდება იმ მასალებში, სადაც მუხტი და სითბო სხვადასხვა მექანიზმით გადაიცემა.

IV. გამტარობა ქლორიდთან შედარებით: ძირითადი განსხვავებები

მიუხედავად იმისა, რომ ელექტროგამტარობაც და ქლორიდის კონცენტრაციაც მნიშვნელოვანი პარამეტრებიაწყლის ხარისხის ანალიზი, ისინი ფუნდამენტურად განსხვავებულ თვისებებს ზომავენ.

გამტარობა

გამტარობა არის ხსნარის ელექტრული დენის გადაცემის უნარის საზომი. It ზომავსყველა გახსნილი იონის საერთო კონცენტრაციაწყალში, რომელიც მოიცავს დადებითად დამუხტულ იონებს (კათიონები) და უარყოფითად დამუხტულ იონებს (ანიონები).

ყველა იონი, როგორიცაა ქლორიდი (Cl^-), ნატრიუმი (Na⁺), კალციუმი (Ca²⁺), ბიკარბონატი და სულფატი, ხელს უწყობენ მთლიან გამტარობას mიზომება მიკროსიმენსში სანტიმეტრზე (µS/სმ) ან მილისიმენსში სანტიმეტრზე (mS/სმ).

გამტარობა სწრაფი, ზოგადი მაჩვენებელია-ისსულგახსნილი მყარი ნივთიერებები(TDS) და წყლის საერთო სისუფთავე ან მარილიანობა.

 ქლორიდის კონცენტრაცია (Cl^-)

ქლორიდის კონცენტრაცია მხოლოდ ხსნარში არსებული ქლორიდის ანიონისთვის დამახასიათებელი სპეციფიკური საზომია.ის ზომავსმხოლოდ ქლორიდის იონების მასა(Cl^-) არსებობს, ხშირად მიღებულია მარილებისგან, როგორიცაა ნატრიუმის ქლორიდი (NaCl) ან კალციუმის ქლორიდი (CaCl₂).

ეს გაზომვა ხორციელდება სპეციფიკური მეთოდების გამოყენებით, როგორიცაა ტიტრაცია (მაგ., არგენტომეტრიული მეთოდი) ან იონ-სელექციური ელექტროდები (ISE).მილიგრამებში ლიტრზე (მგ/ლ) ან მილიონ ნაწილებში (ppm).

ქლორიდის დონე კრიტიკულად მნიშვნელოვანია სამრეწველო სისტემებში (მაგალითად, ქვაბებში ან გამაგრილებელ კოშკებში) კოროზიის პოტენციალის შესაფასებლად და სასმელი წყლის მარაგებში მარილიანობის შეღწევის მონიტორინგისთვის.

მოკლედ რომ ვთქვათ, ქლორიდი ხელს უწყობს გამტარობას, მაგრამ გამტარობა მხოლოდ ქლორიდისთვის არ არის დამახასიათებელი.თუ ქლორიდის კონცენტრაცია გაიზრდება, მთლიანი გამტარობა გაიზრდება.თუმცა, თუ საერთო გამტარობა იზრდება, ეს შეიძლება გამოწვეული იყოს ქლორიდის, სულფატის, ნატრიუმის ან სხვა იონების ნებისმიერი კომბინაციის ზრდით.

ამგვარად, გამტარობა სასარგებლო სკრინინგის ინსტრუმენტს წარმოადგენს (მაგ., თუ ​​გამტარობა დაბალია, ქლორიდი სავარაუდოდ დაბალია), მაგრამ ქლორიდის კოროზიის ან მარეგულირებელი მიზნებისთვის მონიტორინგისთვის, უნდა იქნას გამოყენებული მიზნობრივი ქიმიური ტესტი.