Ці ўплывае тэмпература на электраправоднасць і цеплаправоднасць?

Электрыкаправоднасцьувыступае якфундаментальны параметру фізіцы, хіміі і сучаснай інжынерыі, якія маюць значнае значэнне для шырокага спектру абласцей,ад масавай вытворчасці да звышдакладнай мікраэлектронікі. Яго жыццёва важная важнасць вынікае з яго прамой карэляцыі з прадукцыйнасцю, эфектыўнасцю і надзейнасцю незлічоных электрычных і цеплавых сістэм.

Гэта падрабязнае апісанне служыць поўным кіраўніцтвам па разуменні складанай сувязі паміжэлектраправоднасць (σ), цеплаправоднасць(κ)і тэмпература (T)Акрамя таго, мы будзем сістэматычна даследаваць паводзіны праводнасці розных класаў матэрыялаў, пачынаючы ад звычайных праваднікоў і заканчваючы спецыялізаванымі паўправаднікамі і ізалятарамі, такімі як срэбра, золата, медзь, жалеза, растворы і каўчук, што дапаможа ліквідаваць разрыў паміж тэарэтычнымі ведамі і рэальнымі прамысловымі прымяненнямі.

Пасля завяршэння гэтага чытання вы атрымаеце грунтоўнае і глыбокае разуменнезгэтысувязь тэмпературы, праводнасці і цеплаправоднасці.

Змест:

1. Ці ўплывае тэмпература на электраправоднасць?

2. Ці ўплывае тэмпература на цеплаправоднасць?

3. Сувязь паміж электраправоднасцю і цеплаправоднасцю

4. Праводнасць супраць хларыду: ключавыя адрозненні

I. Ці ўплывае тэмпература на электраправоднасць?

На пытанне «Ці ўплывае тэмпература на праводнасць?» адказ адназначны: так.Тэмпература аказвае крытычны ўплыў, які залежыць ад матэрыялу, як на электраправоднасць, так і на цеплаправоднасць.У крытычна важных інжынерных прымяненнях, ад перадачы энергіі да працы датчыкаў, суадносіны тэмпературы і праводнасці вызначаюць прадукцыйнасць кампанентаў, запасы эфектыўнасці і бяспеку эксплуатацыі.

Як тэмпература ўплывае на праводнасць?

Тэмпература змяняе праводнасць, змяняючыяк лёгканосьбіты зараду, такія як электроны ці іёны, або цяпло, перамяшчаюцца праз матэрыял. Эфект адрозніваецца для кожнага тыпу матэрыялу. Вось як гэта працуе, і тлумачыцца зразумела:

1.Металы: праводнасць памяншаецца з павышэннем тэмпературы

Усе металы праводзяць ток праз свабодныя электроны, якія лёгка цякуць пры нармальных тэмпературах. Пры награванні атамы металу вібруюць больш інтэнсіўна. Гэтыя ваганні дзейнічаюць як перашкоды, рассейваючы электроны і запавольваючы іх паток.

У прыватнасці, электраправоднасць і цеплаправоднасць пастаянна зніжаюцца з павышэннем тэмпературы. Паблізу пакаёвай тэмпературы праводнасць звычайна зніжаецца на~0,4% на кожныя 1°C павышэння тэмпературы.У адрозненне ад гэтага,калі адбываецца павышэнне тэмпературы на 80°C,металы губляюць25–30%ад іх першапачатковай праводнасці.

Гэты прынцып шырока выкарыстоўваецца ў прамысловай апрацоўцы, напрыклад, у гарачым асяроддзі зніжаецца бяспечная прапускная здольнасць току ў праводцы і зніжаецца цеплааддача ў сістэмах астуджэння.

2. У паўправадніках: праводнасць павялічваецца з тэмпературай

Паўправаднікі пачынаюцца з электронаў, цесна звязаных у структуры матэрыялу. Пры нізкіх тэмпературах толькі некаторыя з іх могуць рухацца, каб праводзіць ток.Па меры павышэння тэмпературы цяпло дае электронам дастаткова энергіі, каб вызваліцца і цячы. Чым цяплей становіцца, тым больш носьбітаў зарада становіцца даступнымі,значна павялічваючы праводнасць.

Больш інтуітыўна кажучы, cправоднасць рэзка ўзрастае, часта падвойваючыся кожныя 10–15°C у тыповых дыяпазонах.Гэта паляпшае прадукцыйнасць пры ўмераным награванні, але можа выклікаць праблемы пры занадта высокім награванні (залішняя ўцечка), напрыклад, кампутар можа выйсці з ладу, калі чып, пабудаваны з паўправадніка, нагрэецца да высокай тэмпературы.

3. У электралітах (вадкасцях або гелях у акумулятарах): праводнасць паляпшаецца пры награванні.

Некаторыя людзі задаюцца пытаннем, як тэмпература ўплывае на электраправоднасць раствора, і вось гэты раздзел. Электраліты праводзяць іоны, якія рухаюцца праз раствор, у той час як холад робіць вадкасці густымі і павольнымі, што прыводзіць да павольнага руху іонаў. З павышэннем тэмпературы вадкасць становіцца менш вязкай, таму іоны дыфундуюць хутчэй і больш эфектыўна пераносяць зарад.

У цэлым, праводнасць павялічваецца на 2–3% на кожны 1°C, пакуль усё дасягае сваёй мяжы. Калі тэмпература павышаецца больш чым на 40°C, праводнасць падае прыкладна на 30%.

Вы можаце выявіць гэты прынцып у рэальным свеце, напрыклад, сістэмы, такія як акумулятары, зараджаюцца хутчэй у цяпле, але рызыкуюць пашкодзіцца пры перагрэве.

II. Ці ўплывае тэмпература на цеплаправоднасць?

Цеплаправоднасць, мера таго, наколькі лёгка цяпло перадаецца праз матэрыял, звычайна памяншаецца з павышэннем тэмпературы ў большасці цвёрдых цел, хоць гэтая тэндэнцыя залежыць ад структуры матэрыялу і спосабу перадачы цяпла.

У металах цяпло перадаецца ў асноўным праз свабодныя электроны. Па меры павышэння тэмпературы атамы вібруюць мацней, рассейваючы гэтыя электроны і парушаючы іх шлях, што зніжае здольнасць матэрыялу эфектыўна перадаваць цяпло.

У крышталічных ізалятарах цяпло перадаецца праз атамныя ваганні, вядомыя як фаноны. Больш высокія тэмпературы ўзмацняюць гэтыя ваганні, што прыводзіць да больш частых сутыкненняў паміж атамамі і прыкметнага зніжэння цеплаправоднасці.

Аднак у газах адбываецца адваротнае. Па меры павышэння тэмпературы малекулы рухаюцца хутчэй і часцей сутыкаюцца, больш эфектыўна перадаючы энергію паміж сутыкненнямі; таму цеплаправоднасць павялічваецца.

У палімерах і вадкасцях з павышэннем тэмпературы назіраецца невялікае паляпшэнне. Больш цёплыя ўмовы дазваляюць малекулярным ланцугам рухацца больш свабодна і зніжаюць глейкасць, што палягчае праходжанне цяпла праз матэрыял.

III. Сувязь паміж электраправоднасцю і цеплаправоднасцю

Ці існуе карэляцыя паміж цеплаправоднасцю і электраправоднасцю? Вас можа зацікавіць гэтае пытанне. Насамрэч, паміж электраправоднасцю і цеплаправоднасцю існуе моцная сувязь, але гэтая сувязь мае сэнс толькі для пэўных тыпаў матэрыялаў, такіх як металы.

1. Моцная сувязь паміж электраправоднасцю і цеплаправоднасцю

Для чыстых металаў (напрыклад, медзі, срэбра і золата) дзейнічае простае правіла:Калі матэрыял вельмі добра праводзіць электрычнасць, ён таксама вельмі добра праводзіць цяпло.Гэты прынцып заснаваны на з'яве абмену электронамі.

У металах і электрычнасць, і цяпло пераносяцца ў асноўным аднымі і тымі ж часціцамі: свабоднымі электронамі. Вось чаму высокая электраправоднасць у некаторых выпадках прыводзіць да высокай цеплаправоднасці.

Длягэтыэлектрычныяпаток,Калі прыкладаецца напружанне, гэтыя свабодныя электроны рухаюцца ў адным кірунку, нясучы электрычны зарад.

Калі гаворка ідзе прагэтыспёкапатокадзін канец металу гарачы, а другі — халодны, і гэтыя ж свабодныя электроны рухаюцца хутчэй у гарачай вобласці і сутыкаюцца з больш павольнымі электронамі, хутка перадаючы энергію (цяпло) у халодную вобласць.

Гэты агульны механізм азначае, што калі метал мае шмат высокарухомых электронаў (што робіць яго выдатным электрычным правадніком), гэтыя электроны таксама дзейнічаюць як эфектыўныя «цепланосбіты», што фармальна апісваецца якгэтыВідэман-ФранцЗакон.

2. Слабая сувязь паміж электраправоднасцю і цеплаправоднасцю

Сувязь паміж электраправоднасцю і цеплаправоднасцю слабее ў матэрыялах, дзе зарад і цяпло пераносяцца рознымі механізмамі.

IV. Праводнасць супраць хларыду: ключавыя адрозненні

Хоць і электраправоднасць, і канцэнтрацыя хларыду з'яўляюцца важнымі параметрамі ўаналіз якасці вады, яны вымяраюць прынцыпова розныя ўласцівасці.

Праводнасць

Праводнасць — гэта мера здольнасці раствора праводзіць электрычны ток.t вымяраеагульная канцэнтрацыя ўсіх раствораных іонаўу вадзе, якая ўключае ў сябе станоўча зараджаныя іёны (катыёны) і адмоўна зараджаныя іёны (аніёны).

Усе іоны, такія як хларыд (Cl^-), натрый (Na⁺), кальцый (Ca²⁺), бікарбанат і сульфат уносяць свой уклад у агульную праводнасць mвымяраецца ў мікрасіменсах на сантыметр (мкСм/см) або мілісіменсах на сантыметр (мСм/см).

Праводнасць - гэта хуткі, агульны паказчыкзУсягоРаствораныя цвёрдыя рэчывы(TDS) і агульная чысціня або салёнасць вады.

 Канцэнтрацыя хларыду (Cl^-)

Канцэнтрацыя хларыду - гэта канкрэтнае вымярэнне толькі хларыд-аніёна, які прысутнічае ў растворы.Ён вымяраемаса толькі іонаў хлору(Кл^-) прысутнічаюць, часта атрымліваюцца з соляў, такіх як хларыд натрыю (NaCl) або хларыд кальцыю (CaCl₂).

Гэта вымярэнне выконваецца з дапамогай спецыяльных метадаў, такіх як тытраванне (напрыклад, аргентаметрычны метад) або іонаселектыўныя электроды (ІСЕ).у міліграмах на літр (мг/л) або частках на мільён (праміле).

Узровень хларыду мае вырашальнае значэнне для ацэнкі патэнцыялу карозіі ў прамысловых сістэмах (напрыклад, катлах або градзірнях) і для маніторынгу пранікнення салёнасці ў пітную ваду.

Карацей кажучы, хларыд спрыяе праводнасці, але праводнасць не з'яўляецца характэрнай толькі для хларыду.Калі канцэнтрацыя хларыду павялічваецца, агульная праводнасць павялічваецца.Аднак, калі агульная праводнасць павялічваецца, гэта можа быць звязана з павелічэннем утрымання хларыду, сульфату, натрыю або любой камбінацыі іншых іонаў.

Такім чынам, праводнасць служыць карысным інструментам скрынінга (напрыклад, калі праводнасць нізкая, верагодна, і ўтрыманне хларыдаў таксама нізкае), але для кантролю хларыдаў спецыяльна на прадмет карозіі або рэгулятарных мэт неабходна выкарыстоўваць мэтанакіраваны хімічны тэст.