Температура электр және жылу өткізгіштікке әсер ете ме?

Электрлікөткізгіштікжретінде тұрнегізгі параметрфизикада, химияда және қазіргі заманғы инженерияда, көптеген салаларда маңызды салдары бар,жоғары көлемді өндірістен өте дәл микроэлектроникаға дейін. Оның өмірлік маңыздылығы оның сансыз электр және жылу жүйелерінің өнімділігіне, тиімділігіне және сенімділігіне тікелей байланысынан туындайды.

Бұл егжей-тегжейлі экспозиция арасындағы күрделі қарым-қатынасты түсіну үшін жан-жақты нұсқаулық ретінде қызмет етедіэлектрөткізгіштік (σ), жылу өткізгіштік(κ), және температура (T). Бұдан басқа, біз қарапайым өткізгіштерден бастап арнайы жартылай өткізгіштер мен оқшаулағыштарға дейін, мысалы, күміс, алтын, мыс, темір, ерітінділер және резеңке сияқты әртүрлі материал кластарының өткізгіштік әрекеттерін жүйелі түрде зерттейтін боламыз, олар теориялық білім мен нақты әлемдегі өнеркәсіптік қолданбалар арасындағы алшақтықты өтейді.

Осы оқуды аяқтағаннан кейін сіз сенімді, нюансты түсінікке ие боласызбойыншаtheтемпература, өткізгіштік және жылу қатынасы.

Мазмұны:

1. Температура электр өткізгіштікке әсер ете ме?

2. Температура жылу өткізгіштікке әсер ете ме?

3. Электр және жылу өткізгіштік арасындағы байланыс

4. Өткізгіштік пен хлорид: негізгі айырмашылықтар

I. Температура электр өткізгіштікке әсер ете ме?

«Температура өткізгіштікке әсер ете ме?» Деген сұрақ. деп нақты жауап береді: Иә.Температура электр және жылу өткізгіштікке сыни, материалға тәуелді әсер етеді.Қуатты беруден сенсордың жұмысына дейінгі маңызды инженерлік қолданбаларда температура мен өткізгіштік қатынасы құрамдас өнімділігін, тиімділік шегін және жұмыс қауіпсіздігін талап етеді.

Температура өткізгіштікке қалай әсер етеді?

Температура өткізгіштігін өзгерту арқылы өзгертедіқаншалықты оңайэлектрондар немесе иондар сияқты заряд тасымалдаушылар немесе жылу материал арқылы қозғалады. Әрбір материал түрі үшін әсер әртүрлі. Міне, оның қалай жұмыс істейтіні анық түсіндірілген:

1.Металдар: температура көтерілген сайын өткізгіштік төмендейді

Барлық металдар қалыпты температурада оңай ағатын бос электрондар арқылы өткізеді. Қыздырған кезде металдың атомдары күштірек тербеледі. Бұл тербеліс кедергілер сияқты әрекет етеді, электрондарды шашыратады және олардың ағынын бәсеңдетеді.

Атап айтқанда, температура көтерілген сайын электр және жылу өткізгіштік тұрақты түрде төмендейді. Бөлме температурасына жақын жерде өткізгіштік әдетте төмендейді1°C жоғарылау үшін ~0,4%.Қайта,80°C жоғарылағанда,металдар жоғалтады25–30%олардың бастапқы өткізгіштігі.

Бұл принцип өнеркәсіптік өңдеуде кеңінен қолданылады, мысалы, ыстық орта сымдардағы қауіпсіз ток өткізу қабілетін төмендетеді және салқындату жүйелеріндегі жылуды азайтады.

2. Жартылай өткізгіштерде: температураға байланысты өткізгіштік артады

Жартылай өткізгіштер материал құрылымында тығыз байланысқан электрондардан басталады. Төмен температурада ток өткізу үшін аз адам қозғала алады.Температура көтерілген сайын жылу электрондарға еркін бөлініп, ағу үшін жеткілікті энергия береді. Жылыған сайын заряд тасымалдаушылар қолжетімді болады,өткізгіштігін айтарлықтай арттырады.

Неғұрлым интуитивті түрде, cондуктивтілік күрт артады, әдетте типтік диапазондарда әрбір 10–15°C екі еселенеді.Бұл қалыпты жылылықта өнімділікке көмектеседі, бірақ тым ыстық (артық ағып кету) ақауларды тудыруы мүмкін, мысалы, жартылай өткізгішпен салынған чип жоғары температураға дейін қызған кезде компьютер істен шығуы мүмкін.

3. Электролиттерде (батареялардағы сұйықтықтар немесе гельдер): жылу өткізгіштігі жоғарылайды

Кейбір адамдар температураның электрөткізгіштік ерітіндісіне қалай әсер ететінін қызықтырады және міне, осы бөлім. Электролиттер ерітінді арқылы қозғалатын иондарды өткізеді, ал суық сұйықтықтарды қалың және баяу етеді, нәтижесінде иондар баяу қозғалады. Температураның жоғарылауымен бірге сұйықтықтың тұтқырлығы азаяды, сондықтан иондар тезірек таралады және зарядты тиімдірек тасымалдайды.

Тұтастай алғанда, электрөткізгіштік 1°C үшін 2–3%-ға артады, ал бәрі өз шегіне жетеді. Температура 40°C-тан жоғары көтерілсе, өткізгіштік ~30%-ға төмендейді.

Сіз бұл принципті нақты әлемде таба аласыз, мысалы, батареялар жылыту кезінде жылдамырақ зарядталады, бірақ қызып кетсе, зақымдану қаупі бар.

II. Температура жылу өткізгіштікке әсер ете ме?

Жылу өткізгіштік, жылудың материал арқылы оңай қозғалуының өлшемі, әдетте қатты денелердің көпшілігінде температура көтерілген сайын төмендейді, дегенмен мінез-құлық материалдың құрылымы мен жылуды тасымалдау тәсіліне байланысты өзгереді.

Металдарда жылу негізінен бос электрондар арқылы өтеді. Температура жоғарылаған сайын атомдар күштірек тербеледі, бұл электрондарды шашыратады және олардың жолын бұзады, бұл материалдың жылуды тиімді беру қабілетін төмендетеді.

Кристалдық оқшаулағыштарда жылу фонондар деп аталатын атомдық тербеліс арқылы таралады. Жоғары температура бұл тербелістердің күшеюіне әкеліп соқтырады, бұл атомдар арасындағы жиі соқтығыстарға және жылу өткізгіштіктің айқын төмендеуіне әкеледі.

Ал газдарда керісінше болады. Температура көтерілген сайын молекулалар жылдамырақ қозғалады және жиі соқтығысады, соқтығыстар арасындағы энергия тиімдірек болады; сондықтан жылу өткізгіштік артады.

Полимерлерде және сұйықтықтарда температураның жоғарылауымен шамалы жақсарту жиі кездеседі. Жылы жағдайлар молекулалық тізбектердің еркін қозғалуына және тұтқырлықты азайтуға мүмкіндік береді, бұл материал арқылы жылудың өтуін жеңілдетеді.

III. Электр және жылу өткізгіштік арасындағы байланыс

Жылуөткізгіштік пен электрөткізгіштік арасында байланыс бар ма? Бұл сұрақ сізді қызықтыруы мүмкін. Шындығында, электр және жылу өткізгіштік арасында күшті байланыс бар, бірақ бұл байланыс металдар сияқты материалдардың белгілі бір түрлеріне ғана мағына береді.

1. Электр және жылу өткізгіштік арасындағы берік байланыс

Таза металдар үшін (мыс, күміс және алтын сияқты) қарапайым ереже қолданылады:Егер материал электр тогын өте жақсы өткізсе, ол жылуды да өте жақсы өткізеді.Бұл принцип электронды бөлісу құбылысына негізделген.

Металдарда электр тогы да, жылу да бірдей бөлшектермен тасымалданады: бос электрондар. Міне, сондықтан жоғары электр өткізгіштік белгілі бір жағдайларда жоғары жылу өткізгіштікке әкеледі.

үшінtheэлектрлікағын,кернеу берілгенде, бұл бос электрондар электр зарядын алып, бір бағытта қозғалады.

Қашанtheжылуағын, металдың бір шеті ыстық, ал екіншісі суық, және дәл осы еркін электрондар ыстық аймақта жылдамырақ қозғалады және баяу электрондарға соқтығысады, энергияны (жылуды) суық аймаққа жылдам береді.

Бұл ортақ механизм, егер металда жоғары қозғалмалы электрондар көп болса (оны тамаша электр өткізгіш етеді), бұл электрондар сонымен бірге ресми түрде сипатталған тиімді «жылу тасымалдағыштар» ретінде әрекет етеді.theВидеман-ФранцЗаң.

2. Электр және жылу өткізгіштік арасындағы әлсіз байланыс

Заряд пен жылу әртүрлі механизмдер арқылы тасымалданатын материалдарда электр және жылу өткізгіштік арасындағы байланыс әлсірейді.

IV. Өткізгіштік пен хлорид: негізгі айырмашылықтар

Электр өткізгіштігі де, хлорид концентрациясы да маңызды параметрлер болып табыладысу сапасын талдау, олар түбегейлі әртүрлі қасиеттерді өлшейді.

Өткізгіштік

Өткізгіштік – ерітіндінің электр тогын өткізу қабілетінің өлшемі. It өлшейдібарлық еріген иондардың жалпы концентрациясысуда, оған оң зарядталған иондар (катиондар) және теріс зарядталған иондар (аниондар) кіреді.

Барлық иондар, мысалы, хлорид (Cl^-), натрий (Na⁺), кальций (Ca²⁺), бикарбонат және сульфат, жалпы өткізгіштік m ықпал етедісантиметрге microSiemens (μS/см) немесе миллиSiemens/ сантиметр (мС/см) арқылы өлшенеді.

Өткізгіштік – жылдам, жалпы көрсеткішбойыншаБарлығыЕрітілген қатты заттар(TDS) және жалпы су тазалығы немесе тұздылығы.

 Хлорид концентрациясы (Cl^-)

Хлорид концентрациясы - ерітіндідегі хлорид анионының ғана нақты өлшемі.Ол өлшейдітек хлорид иондарының массасы(Cl^-) жиі натрий хлориді (NaCl) немесе кальций хлориді (CaCl) сияқты тұздардан алынған₂).

Бұл өлшеу титрлеу (мысалы, аргентометриялық әдіс) немесе ион-селективті электродтар (ISEs) сияқты арнайы әдістер арқылы орындалады.миллиграмм/литр (мг/л) немесе миллиондағы бөліктер (ppm).

Хлорид деңгейлері өнеркәсіптік жүйелердегі (мысалы, қазандықтар немесе салқындату мұнаралары) тоттану ықтималдығын бағалау және ауыз сумен қамтамасыз етудегі тұздылықтың енуін бақылау үшін өте маңызды.

Қысқаша айтқанда, хлорид өткізгіштікке ықпал етеді, бірақ өткізгіштік хлоридке тән емес.Хлорид концентрациясы жоғарыласа, жалпы өткізгіштік артады.Алайда, егер жалпы өткізгіштік жоғарыласа, бұл хлоридтің, сульфаттың, натрийдің немесе басқа иондардың кез келген комбинациясының артуына байланысты болуы мүмкін.

Сондықтан өткізгіштік пайдалы скрининг құралы ретінде қызмет етеді (мысалы, өткізгіштік төмен болса, хлорид аз болуы мүмкін), бірақ коррозияға немесе реттеу мақсаттарына арналған хлоридті арнайы бақылау үшін мақсатты химиялық сынақ қолданылуы керек.