Smeltpunt en geleidingsvermoë: 11 feite wat u moet weet


Ons weet individueel van smeltpunt en geleidingsvermoë, maar hoe smeltpunt en geleidingsvermoë met mekaar en hul feite verband hou, sal in hierdie pos bespreek word.

Die smeltpunt is die temperatuur waarteen 'n vaste liggaam sy toestand in vloeistof begin oordra. Terselfdertyd is geleidingsvermoë die temperatuurgradiënt om die hitte-oordrag te beskryf. Aangesien beide smeltpunt en geleiding van die temperatuur afhang, deel hulle onderlinge verhouding.

Nie elke voorwerp het 'n smeltpunt nie, want sommige voorwerpe soos hout smelt nie. Wanneer dit by geleiding kom, word hulle gekategoriseer op grond van die eienskappe van die vaste stof as termies, elektries, ionies, ens. Hier sal jy ken die verband tussen smeltpunt en termiese en elektriese geleidingsvermoë.

Smeltpunt en termiese geleidingsvermoë

Termiese geleidingsvermoë is die vermoë van die verbinding om hitte te gelei. Oor die algemeen vind die vloei van hitte van hoër na laer temperature plaas in termiese geleidingsvermoë. Die termiese geleidingsvermoë lê tussen die bestaan ​​van die smelt- en kookpunt van die gegewe stof.

Wanneer die temperatuur deur die hitte-oordrag styg, neem die interne energie van die vaste stof toe wat die diffusie veroorsaak, dan begin die vaste stof smelt. Die smeltpunt eienskappe verskil vir metaal en nie-metaal stowwe. Die termiese geleidingsvermoë in vaste stof is as gevolg van die elastiese vibrasie van rooster lei tot die oordrag van energie in die vorm van hitte.

Smeltpunt en termiese geleidingsvermoë is individuele eienskappe van die stof, maar in sommige toepassings soos sweiswerk vind die stof se smelting deur die termiese geleidingsvermoë plaas. Metale is meer sensitief vir temperatuur, so metaal besit 'n hoë smeltpunt, en die termiese geleidingsvermoë van die metaal is meer.

smeltpunt en geleidingsvermoë
Smeltpunt en termiese geleidingsvermoë

Smeltpunt en termiese geleidingsverwantskap

Die smeltpunt van die vaste stowwe hang af van hul bindingsenergie. As 'n vaste stof hoë bindingsenergie het, is die smeltpunt van die vaste stof ook hoog. Termiese geleidingsvermoë hang egter slegs af van die effektiewe hittevloei in die stof.

Die smeltpunt en termiese geleidingsvermoë is nou verwant aan sekere vaste stowwe, aangesien beide temperatuurafhanklike entiteite is. Die styging en daling van die temperatuur beïnvloed beide smeltpunt en geleidingsvermoë.

In metale, die styging in temperatuur verhoog die smeltpunt, wat gevolglik lei tot 'n afname in die termiese geleidingsvermoë van die metaal. Dit beteken dat die smeltpunt en termiese geleidingsvermoë omgekeerd verwant is in die geval van metaal. Maar vir nie-metaal is dit omgekeerd. Die smeltpunt van die nie-metaal is laer, maar sy termiese geleidingsvermoë is baie hoër.

Dit is duidelik dat die smeltpunt en termiese geleidingsvermoë 'n omgekeerde verband het.

Waarom is termiese geleidingsvermoë omgekeerd eweredig aan temperatuur?

Die termiese geleidingsvermoë van die vaste stowwe hang grootliks af van die beweging van die deeltjies se vrye elektrone en molekulêre vibrasie. Die temperatuurverandering raak grootliks albei van hulle; dus is termiese geleidingsvermoë omgekeerd eweredig aan die temperatuur.

Vir beter begrip, oorweeg twee gevalle van metale en nie-metale as voorbeelde,

Die termiese geleidingsvermoë in metaal is as gevolg van die beweging van die vrye elektron. Soos die temperatuur toeneem, styg die molekulêre vibrasie, wat lei tot 'n afname in die vloeitempo van 'n vrye elektron deur sy pad te blokkeer, wat gevolglik die termiese geleidingsvermoë verminder.

Bogenoemde teorie is omgekeerd in die geval van nie-metaal. Aangesien daar geen vrye elektron in nie-metale is nie, is die termiese geleiding as gevolg van molekulêre vibrasie. Soos die temperatuur styg, kry die molekules kinetiese energie en veroorsaak molekule vibrasie; dus is termiese geleidingsvermoë hoog in nie-metale.

Geleiding | Gratis SVG
Variasie van geleidingsvermoë met temperatuur
Image krediete: Gratis SVG

Smeltpunt en elektriese geleidingsvermoë

Elektriese geleidingsvermoë is die eienskap van die materiaal, wat die vermoë meet om die stroom te laat slaag of om elektrisiteit deur die materiaal te gelei. Aangesien, om elektriese stroom te gelei, 'n vrye elektron nodig is; dus kan slegs metale in hierdie geval ingesluit word.

In die geval van alkalimetale is daar slegs een vrye valanselektron beskikbaar; dus is die energie wat nodig is om die atoom in die kristalrooster te bind laag, dus is die metaalbinding nie so sterk nie, wat lei tot 'n lae smeltpunt. Maar hulle is goeie elektriese geleiers.

Die vrye valanselektrone laat die elektriese ladings vryelik vloei en moedig die atome aan om een ​​van die elektrone van die element te verkry of te verloor as gevolg van die swakker kerninteraksie. Dus is elektriese geleiding meer.

Smeltpunt en elektriese geleidingsverwantskap

Anders as termiese geleiding, is die verhouding tussen die smeltpunt en elektriese geleiding lineêr. Aangesien die toename in temperatuur lei tot 'n toename in beide elektriese geleidingsvermoë en smeltpunt.

Maar daar is 'n paar gevolge waarin sommige metale 'n hoë smeltpunt het, maar hul elektriese geleidingsvermoë is baie laag. Sommige metale is goeie elektriese geleiers, maar het lae smeltpunte. Dit is dus nie maklik om 'n behoorlike te vestig nie verband tussen smeltpunt en elektriese geleidingsvermoë.

Wat verhoog elektriese geleidingsvermoë?

Elektriese geleiding is afhanklik van die temperatuur. Die variasie van temperatuur kan dus die temperatuur verhoog.

Elektriese geleidingsvermoë word hoogs beïnvloed deur die ioon se mobiliteit en die valanselektrone; dus, as daar positiewe variasie in die ioniese mobiliteit en valanselektron sal wees, kan die elektriese geleidingsvermoë verhoog word.

Aangesien metale goeie geleiers is, neem die elektriese geleidingsvermoë lineêr toe as die aantal vrye elektrone per metaalatoom beskikbaar is. As die gedelokaliseerde elektron toeneem, word die elektriese geleidingsvermoë ook verhoog. Vir halfgeleiers kan 'n toename in onsuiwerhede elektriese geleidingsvermoë verhoog.

Beïnvloed smeltpunt elektriese geleidingsvermoë?

Vir sekere metale beïnvloed die smeltpunt grootliks die elektriese geleidingsvermoë. Die elektriese geleidingsvermoë ontstaan ​​met die temperatuur. Wanneer die temperatuur die smeltpunt bereik, begin dit daal, en dus verdwyn elektriese geleidingsvermoë heeltemal. Hierdie eienskap word waargeneem in die eksperiment van elektriese draadontploffing wat deur die fase oorgangsproses van metale.

Die smeltmeganisme word versterk deur die afsetting van energie op die kristallyne rooster van die metaal, wat lei tot 'n toename in die aantal hoë-energie elektrone op die rooster, wat 'n defek in die roosterstruktuur skep.

Aangesien geleidingsvermoë die funksie van temperatuur is, wat ook die smeltpunt verhoog, beïnvloed smeltpunt dus die elektriese geleidingsvermoë.

Wat het 'n hoë smeltpunt en gelei nie elektrisiteit nie?

Sekere verbindings het 'n hoë smeltpunt, maar dra nie by tot elektriese geleidingsvermoë nie. Daardie verbindings is ionies. Ioniese verbindings in hul vaste toestand vertoon nie elektriese geleidingsvermoë nie, maar wel in hul gesmelte of waterige toestand.

In die vaste toestand word die molekules van die ioniese verbindings deur 'n sterk binding gehou en aan hul posisie vasgemaak. Die moontlikheid om vrye elektrone te vorm is minder, so hulle kan nie beweeg nie, maar hulle het 'n hoë smeltpunt, dit wil sê, hulle smelt so maklik wanneer 'n mate van temperatuur verskaf word.

Soos die temperatuur styg, begin die ioniese vaste stof smelt, en ione word vry om elektrisiteit te gelei.

Neem elektriese geleidingsvermoë toe met temperatuur?

Die afhanklikheid van die elektriese geleidingsvermoë van temperatuur hang af van die eienskap van die materiaal.

  • Vir geleiers het die temperatuur 'n omgekeerde verband. Deur die temperatuur te verlaag, kan die elektriese geleidingsvermoë verhoog word.
  • Vir isolators kan die elektriese geleidingsvermoë verhoog word deur die temperatuur te verhoog.
  • In die geval van halfgeleiers, met die toename in temperatuur, neem die elektriese geleidingsvermoë van die halfgeleier toe.

Aangesien elektriese geleiding te wyte is aan die vrye elektronbeweging van een kant na 'n ander, is die elektron ingestel om vrylik te beweeg as daar geen weerstand teen die vloei is nie.

Soos die temperatuur styg, veroorsaak die vibrasie van die rooster dat die elektron ewekansige beweging in die laterale rigting bereik, so 'n mate van weerstand teen die vloei van elektron bestaan; dus geleier toon lae geleidingsvermoë by hoë temperatuur.

Hoë smeltpunt en swak elektriese geleidingsvermoë

Sekere metale soos hafnium, niobium en tantaal het 'n hoë smeltpunt, maar hulle is swak elektriese geleiers. Wolfram het byvoorbeeld 'n hoë smeltpunt, maar toon swak elektriese geleidingsvermoë in normale toestande.

Wolfram word egter as gloeidraad in gloeilampe gebruik omdat hulle elektriese geleidingsvermoë by 'n hoë temperatuur toon, wat die vloei van elektrone toelaat.

Die bestaan ​​van onsuiwerhede in die suiwer metaal beperk die vloei van elektrone om elektrisiteit te gelei; dus, selfs al het hulle 'n hoë smeltpunt, dra hulle nie by tot die elektriese geleidingsvermoë nie. Sommige van die verbindings, soos vlekvrye staal, het 'n relatief hoë smeltpunt, maar gelei nie elektrisiteit as gevolg van hul legering-agtige struktuur.

Gloeilamp Electric Edison - Gratis vektorgrafika op Pixabay
Tungsten gloeilamp
Image krediete: Pixabay

Waarom neem geleidingsvermoë toe met temperatuur in halfgeleiers?

Die valansband is gevul met valenselektrone in halfgeleiers, en die geleidingsband is óf leeg óf gedeeltelik gevul teen nul grade Kelvin. Dus is die vrye elektron om elektriese geleiding by te dra nie beskikbaar in die geleidingsband om elektron-gat-paar te vorm nie.

Wanneer 'n klein hoeveelheid energie in die vorm van hitte aangewend word, kan die elektron maklik vir geleiding beskikbaar wees. Soos die temperatuur styg, neem die elektrondigtheid in die geleidingsband toe. Geleidingsvermoë word dus ook in halfgeleiers verhoog.

Die bandgaping tussen die geleiding en valansband is relatief minder; dus kan die vrye elektrone die valansband oorsteek as gevolg van termiese vibrasie soos die temperatuur toeneem en kinetiese energie verkry. Die elektron word vry binne die roosterstruktuur en dra natuurlik by tot die elektriese geleiding.

Energiebandstruktuur van halfgeleier wat toeneem met temperatuur
Image krediete: Wikimedia commons

Opsomming

Kom ons sluit hierdie pos af deur te noem dat die smeltpunt en geleidingsvermoë die eienskappe van die materiaal is wat deur die temperatuur vergesel word. Hulle is dus indirek gekorreleer, en die geleidingsvermoë verskil verskillend vir verskillende verbindings.

Keerthi Murthi

Ek is Keerthi K Murthy, ek het nagraadse studie in Fisika voltooi, met die spesialisasie in die veld van vastestoffisika. Ek beskou fisika nog altyd as 'n fundamentele vak wat aan ons daaglikse lewe gekoppel is. As 'n wetenskapstudent geniet ek dit om nuwe dinge in fisika te verken. As skrywer is my doel om die lesers op die vereenvoudigde wyse deur my artikels te bereik. Bereik my – keerthikmurthy24@gmail.com

Onlangse plasings