نحن نعلم عن نقطة الانصهار والتوصيل بشكل فردي ، ولكن كيف ترتبط نقطة الانصهار والتوصيل ببعضهما البعض وستتم مناقشة حقائقهما في هذا المنشور.
نقطة الانصهار هي درجة الحرارة التي يبدأ عندها الجسم الصلب في تحويل حالته إلى سائل. في الوقت نفسه ، الموصلية هي تدرج درجة الحرارة لوصف انتقال الحرارة. نظرًا لأن كلا من نقطة الانصهار والتوصيل يعتمدان على درجة الحرارة ، فإنهما يشتركان في علاقة متبادلة.
ليس لكل جسم نقطة انصهار لأن بعض الأشياء مثل الخشب لا تذوب. عندما يتعلق الأمر بالموصلية ، يتم تصنيفها بناءً على خصائص المادة الصلبة مثل الحرارية ، والكهربائية ، والأيونية ، وما إلى ذلك. معرفة العلاقة بين نقطة الانصهار والتوصيل الحراري والكهربائي.
نقطة الانصهار والتوصيل الحراري
الموصلية الحرارية هي قدرة المركب على توصيل الحرارة. بشكل عام ، يحدث تدفق الحرارة من درجات حرارة أعلى إلى درجات حرارة منخفضة في التوصيل الحراري. تكمن الموصلية الحرارية بين وجود نقطة انصهار وغليان مادة معينة.
عندما ترتفع درجة الحرارة من خلال نقل الحرارة ، تزداد الطاقة الداخلية للمادة الصلبة مسببة الانتشار ، ثم تبدأ المادة الصلبة في الذوبان. تختلف خصائص نقطة الانصهار للمواد المعدنية وغير المعدنية. الموصلية الحرارية في المادة الصلبة ناتجة عن الاهتزاز المرن للشبكة مما يؤدي إلى انتقال الطاقة على شكل حرارة.
نقطة الانصهار والتوصيل الحراري هي خصائص فردية للمادة ، ولكن في بعض التطبيقات مثل اللحام ، يحدث انصهار المادة من خلال الموصلية الحرارية. المعادن أكثر حساسية لدرجة الحرارة ، لذلك يمتلك المعدن نقطة انصهار عالية ، والتوصيل الحراري للمعدن أكثر.
علاقة نقطة الانصهار والتوصيل الحراري
تعتمد درجة انصهار المواد الصلبة على طاقة الرابطة الخاصة بها. إذا كانت المادة الصلبة ذات طاقة رابطة عالية ، فإن نقطة انصهار المادة الصلبة تكون عالية أيضًا. ومع ذلك ، فإن التوصيل الحراري يعتمد فقط على التدفق الحراري الفعال للمادة.
ترتبط نقطة الانصهار والتوصيل الحراري ارتباطًا وثيقًا ببعض المواد الصلبة ، حيث إن كلاهما كيانات تعتمد على درجة الحرارة. يؤثر ارتفاع وانخفاض درجة الحرارة على كل من نقطة الانصهار والتوصيل.
في المعادن ، الارتفاع في تزيد درجة الحرارة من نقطة الانصهار، مما يؤدي إلى انخفاض في التوصيل الحراري للمعدن. هذا يعني أن نقطة الانصهار والتوصيل الحراري يرتبطان عكسياً في حالة المعدن. لكن بالنسبة لغير المعدن ، فهو عكس ذلك. نقطة انصهار المادة غير المعدنية أقل ، لكن الموصلية الحرارية أعلى بكثير.
هذا واضح أن نقطة الانصهار والتوصيل الحراري لهما علاقة عكسية.
لماذا الموصلية الحرارية تتناسب عكسيا مع درجة الحرارة؟
تعتمد الموصلية الحرارية للمواد الصلبة إلى حد كبير على حركة الإلكترونات الحرة للجسيمات والاهتزاز الجزيئي. يؤثر تغير درجة الحرارة بشكل كبير على كليهما ؛ وبالتالي ، فإن الموصلية الحرارية تتناسب عكسياً مع درجة الحرارة.
من أجل فهم أفضل ، ضع في اعتبارك حالتين من المعادن واللافلزات كأمثلة ،
تعود الموصلية الحرارية في المعدن إلى حركة الإلكترون الحر. مع زيادة درجة الحرارة ، يرتفع الاهتزاز الجزيئي ، مما يؤدي إلى انخفاض معدل تدفق الإلكترون الحر عن طريق سد مساره ، مما يقلل بالتالي من التوصيل الحراري.
النظرية المذكورة أعلاه معكوسة في حالة اللافلزات. نظرًا لعدم وجود إلكترون حر في غير المعادن ، فإن التوصيل الحراري ناتج عن الاهتزاز الجزيئي. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تكتسب الجزيئات طاقة حركية وتسبب اهتزاز الجزيء ؛ وبالتالي ، فإن الموصلية الحرارية عالية في اللافلزات.
صورة ائتمانات: SVG مجاني
نقطة الانصهار والتوصيل الكهربائي
الموصلية الكهربائية هي خاصية للمادة ، والتي تقيس القدرة على تمرير التيار أو توصيل الكهرباء عبر المادة. منذ ، لتوصيل التيار الكهربائي ، هناك حاجة إلى إلكترون حر ؛ ومن ثم يمكن تضمين المعادن فقط في هذه الحالة.
في حالة الفلزات القلوية ، لا يتوفر سوى إلكترون واحد مجاني ؛ ومن ثم فإن الطاقة اللازمة لربط الذرة في الشبكة البلورية منخفضة ، وبالتالي فإن الرابطة المعدنية ليست قوية جدًا ، مما يؤدي إلى نقطة انصهار منخفضة. لكنها موصلات كهربائية جيدة.
تسمح إلكترونات التكافؤ الحرة للشحنات الكهربائية بالتدفق بحرية وتشجع الذرات على اكتساب أو فقدان أحد الإلكترونات من العنصر الناتج عن التفاعل النووي الأضعف. وبالتالي الموصلية الكهربائية أكثر.
علاقة نقطة الانصهار والموصلية الكهربائية
على عكس التوصيل الحراري ، فإن العلاقة بين نقطة الانصهار والتوصيل الكهربائي هي علاقة خطية. لأن الزيادة في درجة الحرارة تؤدي إلى زيادة في كل من الموصلية الكهربائية ونقطة الانصهار.
ولكن ، هناك بعض النتائج التي يكون فيها لبعض المعادن درجة انصهار عالية ، ولكن موصليةها الكهربائية منخفضة للغاية. بعض المعادن موصلات كهربائية جيدة ولكن لها نقاط انصهار منخفضة. وبالتالي ليس من السهل إنشاء ملف العلاقة بين نقطة الانصهار والتوصيل الكهربائي.
ما الذي يزيد من التوصيل الكهربائي؟
التوصيل الكهربائي يعتمد على درجة الحرارة. وبالتالي يمكن أن يؤدي تغير درجة الحرارة إلى زيادة درجة الحرارة.
تتأثر الموصلية الكهربائية بشدة بحركة الأيونات وإلكترونات التكافؤ ؛ وبالتالي ، إذا كان هناك تباين إيجابي في التنقل الأيوني وإلكترون التكافؤ ، فيمكن زيادة التوصيل الكهربائي.
نظرًا لأن المعادن موصلات جيدة ، تزداد الموصلية الكهربائية خطيًا إذا كان عدد الإلكترونات الحرة متاحًا لكل ذرة معدنية. إذا زاد الإلكترون غير الموضعي ، تزداد الموصلية الكهربائية أيضًا. بالنسبة لأشباه الموصلات ، يمكن أن تؤدي زيادة الشوائب إلى زيادة التوصيل الكهربائي.
هل نقطة الانصهار تؤثر على التوصيل الكهربائي؟
بالنسبة لبعض المعادن ، تؤثر نقطة الانصهار بشكل كبير على التوصيل الكهربائي. الموصلية الكهربائية تنشأ مع درجة الحرارة. عندما تصل درجة الحرارة إلى نقطة الانصهار ، تبدأ في الانخفاض ، وبالتالي تختفي الموصلية الكهربائية تمامًا. لوحظت هذه الخاصية في تجربة انفجار الأسلاك الكهربائية التي قام بها مرحلة جديدة عملية انتقال المعادن.
يتم تحسين آلية الذوبان عن طريق ترسيب الطاقة على الشبكة البلورية للمعدن ، مما يؤدي إلى زيادة عدد الإلكترونات عالية الطاقة على الشبكة ، مما يؤدي إلى خلل في البنية الشبكية.
بما أن الموصلية هي وظيفة درجة الحرارة ، والتي تعزز أيضًا نقطة الانصهار ، وبالتالي تؤثر نقطة الانصهار على التوصيل الكهربائي.
ما هي درجة انصهارها العالية ولا توصل الكهرباء؟
تحتوي بعض المركبات على درجة انصهار عالية ولكنها لا تساهم في التوصيل الكهربائي. هذه المركبات أيونية. لا تظهر المركبات الأيونية في حالتها الصلبة الموصلية الكهربائية ، ولكن في حالتها المنصهرة أو المائية ، فإنها تفعل ذلك.
في الحالة الصلبة ، يتم الاحتفاظ بجزيئات المركبات الأيونية برابطة قوية وثابتة في موضعها. إن احتمالية تكوين الإلكترونات الحرة أقل ، لذلك لا يمكنها الحركة ، لكن لديها نقطة انصهار عالية ، أي أنها تذوب بسهولة عندما يتم توفير قدر من درجة الحرارة.
مع ارتفاع درجة الحرارة ، تبدأ المادة الصلبة الأيونية في الذوبان ، وتصبح الأيونات حرة في توصيل الكهرباء.
هل الموصلية الكهربائية تزداد مع زيادة درجة الحرارة؟
يعتمد اعتماد التوصيل الكهربائي على درجة الحرارة على خاصية المادة.
- بالنسبة للموصلات ، فإن درجة الحرارة لها علاقة عكسية. وبالتالي خفض درجة الحرارة ، يمكن زيادة الموصلية الكهربائية.
- بالنسبة للعوازل ، يمكن زيادة الموصلية الكهربائية عن طريق زيادة درجة الحرارة.
- في حالة أشباه الموصلات ، مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد الموصلية الكهربائية لأشباه الموصلات.
نظرًا لأن التوصيل الكهربائي ناتج عن حركة الإلكترون الحرة من جانب إلى آخر ، يتم ضبط الإلكترون على التحرك بحرية إذا لم تكن هناك مقاومة للتدفق.
مع ارتفاع درجة الحرارة ، يؤدي اهتزاز الشبكة إلى جعل الإلكترون يحقق حركة عشوائية في الاتجاه الجانبي ، لذلك توجد بعض المقاومة لتدفق الإلكترون ؛ ومن ثم فإن الموصل يظهر موصلية منخفضة عند درجة حرارة عالية.
نقطة انصهار عالية وموصلية كهربائية رديئة
تظهر معادن معينة مثل الهافنيوم والنيوبيوم والتنتالوم درجة انصهار عالية ، لكنها ضعيفة كهربائية الموصلات. على سبيل المثال ، يحتوي التنغستن على نقطة انصهار عالية ولكنه يظهر ضعف التوصيل الكهربائي في الظروف العادية.
ومع ذلك ، يتم استخدام التنجستن كخيط في المصابيح لأنها تظهر التوصيل الكهربائي عند درجة حرارة عالية ، مما يسمح بتدفق الإلكترونات.
يحد وجود الشوائب في المعدن النقي من تدفق الإلكترونات لتوصيل الكهرباء ؛ وبالتالي ، حتى لو كانت درجة انصهارها عالية ، فإنها لا تساهم في التوصيل الكهربائي. بعض المركبات ، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ ، لها نقطة انصهار عالية نسبيًا ولكنها لا توصل الكهرباء بسبب هيكلها الشبيه بالسبائك.
صورة ائتمانات: Pixabay
لماذا تزيد الموصلية مع درجة الحرارة في أشباه الموصلات؟
يتم تعبئة شريط التكافؤ بإلكترونات التكافؤ في أشباه الموصلات ، ويكون نطاق التوصيل إما فارغًا أو ممتلئًا جزئيًا عند درجة صفر كلفن. لذا فإن الإلكترون الحر الذي يساهم في التوصيل الكهربائي غير متوفر في نطاق التوصيل لتشكيل زوج ثقب الإلكترون.
عندما يتم تطبيق كمية صغيرة من الطاقة على شكل حرارة ، يمكن أن يكون الإلكترون متاحًا بسهولة للتوصيل. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد كثافة الإلكترون في نطاق التوصيل. وبالتالي تزداد الموصلية أيضًا في أشباه الموصلات.
فجوة النطاق بين نطاق التوصيل والاستقامة أقل نسبيًا ؛ وبالتالي ، يمكن للإلكترونات الحرة عبور نطاق التكافؤ بسبب الاهتزاز الحراري حيث تزيد درجة الحرارة من اكتساب الطاقة الحركية. يصبح الإلكترون حراً داخل الهيكل الشبكي ويساهم بشكل طبيعي في التوصيل الكهربائي.
صورة ائتمانات: المشاعات ويكيميديا
نبذة عامة
دعونا نختتم هذا المنشور بالقول إن نقطة الانصهار والتوصيل هما خواص المادة المصحوبة بدرجة الحرارة. وبالتالي فهي مرتبطة بشكل غير مباشر ، وتختلف الموصلية باختلاف المركبات.
