ڌاتوءَ جون بجلي ۽ حرارتي خاصيتون
ڌاتو اسان جي روزاني زندگي ۾ هر هنڌ موجود آهن، تعمير ۽ نقل و حمل کان وٺي اليڪٽرانڪس ۽ باورچی خانه جي سامان تائين، ايپليڪيشنن جي هڪ وسيع سلسلي ۾ اهم ڪردار ادا ڪن ٿا. هن وسيع استعمال جي اهم سببن مان هڪ ڌاتو وٽ برقي ۽ حرارتي خاصيتن جو منفرد ميلاپ آهي. انهن خاصيتن کي سمجهڻ انجنيئرن، سائنسدانن ۽ شوقينن لاءِ ضروري آهي جيڪي انهن مواد جي صلاحيت کي مڪمل طور تي استعمال ڪرڻ چاهيندا آهن. هي مضمون ڌاتو جي برقي ۽ حرارتي خاصيتن ۾ ڳولها ڪري ٿو، هڪ گهري ڳولا فراهم ڪري ٿو ته انهن مواد کي ايترو ضروري ڇا بڻائي ٿو.
برقي خاصيتون
بجليءَ جي حرڪت
ڌاتن جي بجلي هلائڻ جي صلاحيت انهن جي سڀ کان وڌيڪ قابل ذڪر خاصيتن مان هڪ آهي. هي خاصيت بنيادي طور تي ڌاتو جي جالي اندر آزاد اليڪٽرانن جي موجودگي سان منسوب ڪري سگهجي ٿي. گهڻن ڌاتن ۾، ايٽم جا ٻاهرئين اليڪٽران ڪنهن به مخصوص ايٽم سان ڳنڍيل نه هوندا آهن ۽ ڌاتو جي بناوت ۾ آزاديءَ سان منتقل ٿي سگهن ٿا. اهي ڊيلوڪلائيزڊ اليڪٽران چارج ڪيريئر طور ڪم ڪن ٿا، جڏهن برقي ميدان لاڳو ڪيو ويندو آهي ته برقي ڪرنٽ کي ڌاتو ذريعي وهڻ جي اجازت ڏين ٿا.
چاندي، ٽامي ۽ سون جهڙا مواد پنهنجي بهترين برقي چالکائي لاءِ مشهور آهن. خاص طور تي، ٽامي کي بجلي جي وائرنگ ۾ وڏي پيماني تي استعمال ڪيو ويندو آهي ڇاڪاڻ ته ان جي اعلي چالکائي ۽ چاندي ۽ سون جي مقابلي ۾ نسبتا گهٽ قيمت آهي. ڌاتو جي برقي چالکائي (σ) کي فارمولا استعمال ڪندي مقدار ۾ طئي ڪري سگهجي ٿو:
\[ \سگما = \فريڪ{1}{\rho} \]
جتي ρ مواد جي مزاحمتي صلاحيت آهي. ڌاتو ۾ مزاحمتي صلاحيت گهٽ هوندي آهي، عام طور تي \(10^{-8} \) کان \(10^{-6} \) اوهم ميٽرن جي حد ۾، انهن کي بجلي جا ڪارآمد ڪنڊڪٽر بڻائيندا آهن.
حرارت جي انحصار
ڌاتو جي بجلي جي مزاحمت گرمي پد تي منحصر آهي، عام طور تي گرمي پد سان وڌي رهي آهي. هي تعلق اڪثر ڪري هيٺ ڏنل لڪير جي لڳ ڀڳ استعمال ڪندي ظاهر ڪيو ويندو آهي:
\[ \rho(T) = \rho_0 [1 + \الفا (T – T_0)] \]
ڪٿي
- \(\rho_0\) هڪ حوالي جي درجه حرارت \(T_0\) تي مزاحمت آهي، جنهن کي اڪثر ڪمري جي حرارت طور ورتو ويندو آهي.
– \(\alpha\) مزاحمت جي گرمي پد جي کوٽائي آهي.
- \(T\) گرمي پد آهي.
گرمي پد سان مزاحمت ۾ اضافو بنيادي طور تي وڌندڙ جالي جي وائبريشن جي ڪري آهي، جيڪي آزاد اليڪٽرانن جي وهڪري ۾ مداخلت ڪن ٿا. جيئن گرمي پد وڌندو آهي، ڌاتو جالي ۾ ايٽم وڌيڪ زور سان وائبريٽ ڪندا آهن، جنهن جي ڪري آزاد اليڪٽرانن ۽ جالي آئنن جي وچ ۾ وڌيڪ ٽڪراءُ ٿيندو آهي، جنهن جي ڪري اليڪٽران جي وهڪري جي مزاحمت وڌي ويندي آهي.
سپر ڪارڪردگي
ڪجھ ڌاتو، جهڙوڪ پارو ۽ ليڊ، انتهائي گهٽ درجه حرارت تي هڪ سپر ڪنڊڪٽنگ حالت ۾ هڪ مرحلي جي منتقلي جو مظاهرو ڪن ٿا. هن حالت ۾، مواد صفر برقي مزاحمت ۽ مقناطيسي شعبن جي خارج ٿيڻ (ميسنر اثر) جو مظاهرو ڪري ٿو. سپر ڪنڊڪٽيويٽي هڪ ڪوانٽم ميڪينيڪل رجحان آهي جيڪو ڪوپر جوڙن جي ٺهڻ جو نتيجو آهي - گهٽ درجه حرارت تي جالي جي وائبريشن ذريعي هڪ ٻئي سان ڳنڍيل اليڪٽران جا جوڙا.
حرارتي ملڪيت
حرارتي حرڪت
ڌاتو پنهنجي غير معمولي حرارتي چالکائي لاءِ پڻ مشهور آهن. هي ملڪيت انهن جي برقي چالکائي سان ويجهڙائي سان لاڳاپيل آهي ڇاڪاڻ ته ويڊيمن-فرانز قانون، جيڪو ٻڌائي ٿو ته حرارتي چالکائي (κ) جو برقي چالکائي سان تناسب گرمي پد جي متناسب آهي:
\[ \frac{\kappa}{\sigma} = LT \]
ڪٿي
– \(L\) لورينٽز نمبر آهي، تقريبن \(2.44 \times 10^{-8} \) WΩK⁻².
- \(T\) ڪيلون ۾ درجه حرارت آهي.
تنهن ڪري، ڌاتو جيڪي سٺا برقي موصل آهن اهي سٺا حرارتي موصل پڻ هوندا آهن. چاندي، ٽامي ۽ سون گرمي جي بهترين موصلن مان آهن، جن جي ايپليڪيشنن ۾ گرمي ايڪسچينجر کان وٺي کاڌي پچائڻ جي برتنن تائين شامل آهن.
گرمي جي صلاحيت
ڪنهن به مادي جي گرمي جي گنجائش ان جي گرمي ذخيرو ڪرڻ جي صلاحيت کي ظاهر ڪري ٿي. ڌاتو ۾ غير ڌاتو جي مقابلي ۾ نسبتاً گهٽ گرمي جي گنجائش هوندي آهي، جنهن جو مطلب آهي ته اهي وڏي مقدار ۾ گرمي ذخيرو نه ڪندا آهن. ڌاتو جي مخصوص گرمي جي گنجائش (C) ڏنل آهي:
\[ سي = \فريڪ{ق} {م \ڊيلٽا ٽي} \]
ڪٿي
– \(Q\) شامل ڪيل گرمي جي مقدار آهي.
- \(m\) ڌاتو جو مايو آهي.
- \(\ڊيلٽا ٽي\) گرمي پد ۾ تبديلي آهي.
اهي قدر عام طور تي ڪمري جي حرارت تي مستقل هوندا آهن پر تمام گهٽ يا وڌيڪ درجه حرارت تي مختلف ٿي سگهن ٿا.
حرارتي وسعت
ڌاتوءَ جي هڪ ٻي اهم حرارتي خاصيت حرارتي توسيع آهي، جيڪا ڪنهن به مواد جي گرم ٿيڻ تي توسيع جو رجحان آهي. هي خاصيت ان ڪري ٿئي ٿي جو جيئن جيئن گرمي پد وڌندو آهي، تيئن تيئن ڌاتوءَ ۾ موجود ايٽمن جي حرڪي توانائي به وڌي ويندي آهي، جنهن جي ڪري اهي وڌيڪ وائبريٽ ٿين ٿا ۽ وڌيڪ جاءِ تي قبضو ڪن ٿا. حرارتي توسيع (α) جو لڪير وارو گڻ ڏنل آهي:
\[ \ڊيلٽا ايل = \الفا ايل_0 \ڊيلٽا ٽي \]
ڪٿي
- \(\ڊيلٽا L\) ڊيگهه ۾ تبديلي آهي.
– \(L_0\) اصل ڊيگهه آهي.
- \(\ڊيلٽا ٽي\) گرمي پد ۾ تبديلي آهي.
ڌاتو ۾ حرارتي توسيع جا نسبتاً وڏا کوٽائي هوندا آهن، جن کي ساخت جي خرابين کان بچڻ لاءِ گرمي پد جي اتار چڙهاؤ سان لاڳاپيل ايپليڪيشنن ۾ حساب ۾ رکڻ گهرجي.
عملي درخواستون
بجلي ۽ حرارتي خاصيتن جو منفرد ميلاپ ڌاتو کي ڪيترين ئي صنعتن ۾ ناگزير بڻائي ٿو. هتي انهن جي استعمال جا ڪجھ مثال آهن:
- اليڪٽرانڪس: ٽامي ۽ سون کي اليڪٽرانڪ سرڪٽي ۾ وڏي پيماني تي استعمال ڪيو ويندو آهي ڇاڪاڻ ته انهن جي بهترين چالکائي ۽ اعتبار جي ڪري.
- پاور ٽرانسميشن: ايلومينيم، ٽامي جي ڀيٽ ۾ گهٽ ڪنڊڪٽو هجڻ جي باوجود، گهٽ وزن ۽ قيمت جي اثرائتي جي ڪري بجلي جي ٽرانسميشن لائينن ۾ اڪثر استعمال ٿيندو آهي.
- هيٽ سنڪ: ٽامي ۽ ايلومينيم جهڙيون ڌاتوون هيٽ سنڪ ۾ اليڪٽرانڪ حصن مان گرمي ختم ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيون وينديون آهن، ڊوائيسز کي ڪم ڪندڙ رکنديون آهن ۽ اوور هيٽنگ کي روڪينديون آهن.
- آٽوميٽو ۽ ايرو اسپيس: ايلومينيم ۽ ٽائيٽينيم جهڙيون هلڪي وزن واريون ڌاتون ٽرانسپورٽ جي صنعتن ۾ وزن گهٽائڻ لاءِ استعمال ڪيون وينديون آهن جڏهن ته ساخت جي سالميت ۽ حرارتي ڪارڪردگي کي برقرار رکنديون آهن.
ٿڪل
ڌاتوءَ جون غير معمولي برقي ۽ حرارتي خاصيتون انهن جي منفرد ايٽمي بناوتن ۽ انهن جي اندر آزاد اليڪٽرانن جي رويي مان نڪرنديون آهن. اهي خاصيتون نه رڳو ڌاتوءَ جي بنيادي رويي کي بيان ڪن ٿيون پر انهن جي عملي استعمالن جي وسيع صف کي به ترتيب ڏين ٿيون. مادي سائنس ۾ ترقي انهن خاصيتن کي وڌائڻ ۽ استحصال ڪرڻ جا نوان طريقا دريافت ڪندي رهي ٿي، مستقبل ۾ ڌاتوءَ لاءِ اڃا به وڌيڪ جديد استعمال جو واعدو ڪندي. انهن خاصيتن کي سمجهڻ اسان کي اهو سمجهڻ جي اجازت ڏئي ٿو ته ڌاتو ٽيڪنالاجي ۽ صنعت ۾ بنيادي مواد ڇو رهن ٿا.
