ধাতুর তাপীয় পরিবহন: ভিন্ন পদার্থের মধ্য দিয়ে তাপ কীভাবে প্রবাহিত হয়

তাপ পরিবহন হল এমন একটি বৈশিষ্ট্য যা মাধ্যমের নিজের স্থান পরিবর্তন ছাড়াই কীভাবে তাপ এক বিন্দু থেকে অন্য বিন্দুতে স্থানান্তরিত হয় তা মাপে। এটি উপাদানের গঠন, রচনা এবং তাপমাত্রা এর উপর নির্ভর করে। এই নিবন্ধে, আমরা ধাতুর উপর ফোকাস করব, যা উচ্চ তাপ এবং তড়িৎ পরিবহন এবং উচ্চ ঘনত্ব সম্পন্ন ঠান্ডা পদার্থ।

ধাতু কী?

ধাতু হল এমন একটি ঠান্ডা পদার্থ যার ক্রিস্টাল গঠন রয়েছে, যেখানে পরমাণুগুলি একটি নিয়মিত প্যাটার্নে সাজানো থাকে। পরমাণুগুলি তাদের পরিবেষ্টনীয় ইলেকট্রনের সঙ্গে নিউক্লিয়াস নিয়ে গঠিত, যারা নিউক্লিয়াসের সাথে দৃঢ়ভাবে সংযুক্ত। তবে, কিছু বাইরের ইলেকট্রন ধাতুর মধ্যে স্বাধীনভাবে চলাচল করতে পারে, যা ইলেকট্রনের সাগর গঠন করে যা তড়িৎ প্রবাহ এবং তাপ শক্তি বহন করতে পারে।

ধাতুগুলি অনেক উপযোগী বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যেমন উচ্চ শক্তি, প্রসারণ, চাপ, উজ্জ্বলতা এবং প্রতিফলন। তারা এছাড়াও উত্তম তড়িৎ পরিবাহক এবং তাপ, যার মানে তারা এই শক্তি ফর্মগুলি দক্ষ এবং দ্রুত স্থানান্তরিত করতে পারে।

ধাতুতে তাপ কীভাবে স্থানান্তরিত হয়?

তাপ স্থানান্তর হল উচ্চ তাপমাত্রার অঞ্চল থেকে নিম্ন তাপমাত্রার অঞ্চলে তাপ শক্তি স্থানান্তরের প্রক্রিয়া। তাপ স্থানান্তরের তিনটি প্রধান পদ্ধতি রয়েছে: পরিবহন, প্রবাহ, এবং রেডিয়েশন।

পরিবহন হল তাপ স্থানান্তরের একটি পদ্ধতি যা ঠান্ডা পদার্থে ঘটে, যেখানে তাপ পরমাণু বা অণুর সরাসরি সংস্পর্শে প্রবাহিত হয়। প্রবাহ হল তাপ স্থানান্তরের পদ্ধতি যা তরল (তরল বা গ্যাস) তে ঘটে, যেখানে তাপ তরল কণার প্রবাহের মাধ্যমে প্রবাহিত হয়। রেডিয়েশন হল তাপ স্থানান্তরের পদ্ধতি যা তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গ, যেমন আলো বা ইনফ্রারেড রেডিয়েশনের মাধ্যমে ঘটে।

ধাতুতে, তাপ স্থানান্তর প্রধানত পরিবহনের মাধ্যমে ঘটে, কারণ ধাতুগুলি ঠান্ডা পদার্থ এবং এর অনেক স্বাধীন ইলেকট্রন রয়েছে। স্বাধীন ইলেকট্রনগুলি ধাতুর মধ্যে দৈবভাবে চলাচল করতে পারে এবং অন্যান্য ইলেকট্রন বা পরমাণুর সাথে সংঘর্ষ করতে পারে, যা গতিশক্তি এবং তাপ শক্তি স্থানান্তর করে। ধাতুর স্বাধীন ইলেকট্রন যত বেশি, তার তাপ পরিবহন ক্ষমতা তত বেশি।

ধাতুর তাপ পরিবহন ক্ষমতার উপর কী কী কারণ প্রভাব ফেলে?

ধাতুর তাপ পরিবহন ক্ষমতা নিম্নলিখিত কিছু কারণের উপর নির্ভর করে:

• স্বাধীন ইলেকট্রনের প্রকার ও সংখ্যা: বেশি স্বাধীন ইলেকট্রন সম্পন্ন ধাতুগুলির তাপ পরিবহন ক্ষমতা বেশি, কারণ তারা বেশি তাপ শক্তি বহন করতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, রূপার মধ্যে তাপ পরিবহন ক্ষমতা সবচেয়ে বেশি, তারপরে তামা এবং সোনা।

• পরমাণুর ভর এবং আকার: ভারী এবং বড় পরমাণু সম্পন্ন ধাতুগুলির তাপ পরিবহন ক্ষমতা কম, কারণ তারা ধীরে ধীরে দোল করে এবং স্বাধীন ইলেকট্রনের চলাচল বাধা দেয়। উদাহরণস্বরূপ, পারদের তাপ পরিবহন ক্ষমতা ধাতুগুলির মধ্যে কম।

• ক্রিস্টাল গঠন এবং দোষ: একটি নিয়মিত এবং সংকুচিত ক্রিস্টাল গঠন সম্পন্ন ধাতুগুলির তাপ পরিবহন ক্ষমতা বেশি, কারণ তারা ইলেকট্রন প্রবাহের জন্য কম প্রতিরোধ রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, ঘন গঠন সম্পন্ন ধাতুগুলির তাপ পরিবহন ক্ষমতা ষড়ভুজ গঠন সম্পন্ন ধাতুগুলির তুলনায় বেশি। দোষ, যেমন অপবিশুদ্ধতা, ফাঁকা স্থান, বা অবিচ্ছিন্নতা, ইলেকট্রন ছড়িয়ে দিয়ে ধাতুর তাপ পরিবহন ক্ষমতা কমিয়ে দিতে পারে।

• তাপমাত্রা: ধাতুর তাপ পরিবহন ক্ষমতা তাপ স্থানান্তরের প্রধান প্রক্রিয়ার উপর নির্ভর করে তাপমাত্রার সাথে ভিন্ন ভিন্ন উপায়ে পরিবর্তিত হয়। শুদ্ধ ধাতু এবং সংকর ধাতুর জন্য, তাপ স্থানান্তর প্রধানত স্বাধীন ইলেকট্রনের উপর নির্ভর করে (ইলেকট্রনিক পরিবহন)। তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে, স্বাধীন ইলেকট্রন এবং জালি দোলনের সংখ্যা বৃদ্ধি পায়। তাই, ধাতুর তাপ পরিবহন ক্ষমতা তাপমাত্রার সাথে কিছুটা কমে। অপরিবাহী এবং অর্ধপরিবাহীর জন্য, তাপ স্থানান্তর প্রধানত জালি দোলনের উপর নির্ভর করে (ফোননিক পরিবহন)। তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে, জালি দোলন বেশি হয় এবং ইলেকট্রন আরও বেশি করে ছড়িয়ে দেয়। তাই, অপরিবাহী এবং অর্ধপরিবাহীর তাপ পরিবহন ক্ষমতা তাপমাত্রার সাথে দ্রুত বৃদ্ধি পায়।

Wiedemann-Franz Law কী?

Wiedemann-Franz law হল এমন একটি সম্পর্ক যা একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় ধাতুর তড়িৎ পরিবহন এবং তাপ পরিবহন ক্ষমতার মধ্যে সম্পর্ক প্রকাশ করে। এটি বলে যে:

σK=LT

যেখানে,

• K হল W/m-K এ তাপ পরিবহন ক্ষমতা