ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਕਹਿੰਦਾ ਹੈ ਕਿ ਇੱਕ ਧਾਤ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਅਤੇ ਇਸਦੀ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਦਾ ਅਨੁਪਾਤ ਤਾਪਮਾਨ ਦੇ ਸਮਾਨੁਪਾਤੀ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਨਿਯਮ ਸਭ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ 1853 ਵਿੱਚ ਗੁਸਤਾਵ ਵੀਡੇਮੈਨ ਅਤੇ ਰੁਡੋਲਫ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਦੁਆਰਾ ਪ੍ਰਸਤਾਵਿਤ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ।
ਗਣਿਤਿਕ ਸਮੀਕਰਨ
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਨੂੰ ਗਣਿਤਿਕ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਦਰਸਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ:
$$κ/σ = LT$$
ਜਿੱਥੇ:
- κ ਧਾਤ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਹੈ
- σ ਧਾਤ ਦੀ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਹੈ
- L ਲੋਰੇਂਜ਼ ਨੰਬਰ ਹੈ
- T ਤਾਪਮਾਨ ਹੈ
ਲੋਰੇਂਜ਼ ਨੰਬਰ ਇੱਕ ਸਥਿਰਾਂਕ ਹੈ ਜੋ 2.44 × 10-8 WΩ/K2 ਦੇ ਬਰਾਬਰ ਹੈ।
ਸੀਮਾਵਾਂ
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਸਿਰਫ਼ ਉਹਨਾਂ ਧਾਤਾਂ ਲਈ ਵੈਧ ਹੈ ਜੋ ਡੇਬਾਏ ਤਾਪਮਾਨ ਤੋਂ ਉੱਪਰ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ ‘ਤੇ ਹਨ। ਡੇਬਾਏ ਤਾਪਮਾਨ ਤੋਂ ਹੇਠਾਂ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ ‘ਤੇ, ਨਿਯਮ ਟੁੱਟ ਜਾਂਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਅਤੇ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਦਾ ਅਨੁਪਾਤ ਘੱਟ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਭੌਤਿਕ ਵਿਗਿਆਨ ਦਾ ਇੱਕ ਮੂਲ ਨਿਯਮ ਹੈ ਜੋ ਧਾਤਾਂ ਦੀ ਥਰਮਲ ਅਤੇ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਨੂੰ ਜੋੜਦਾ ਹੈ। ਇਸਦੀਆਂ ਕਈ ਵਰਤੋਂ ਹਨ, ਪਰ ਇਹ ਸਿਰਫ਼ ਉਹਨਾਂ ਧਾਤਾਂ ਲਈ ਵੈਧ ਹੈ ਜੋ ਡੇਬਾਏ ਤਾਪਮਾਨ ਤੋਂ ਉੱਪਰ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ ‘ਤੇ ਹਨ।
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਕਾਰਕ
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਕਹਿੰਦਾ ਹੈ ਕਿ ਇੱਕ ਧਾਤ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਅਤੇ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਦਾ ਅਨੁਪਾਤ ਤਾਪਮਾਨ ਦੇ ਸਮਾਨੁਪਾਤੀ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਨਿਯਮ ਸਿਰਫ਼ ਉਹਨਾਂ ਧਾਤਾਂ ਲਈ ਵੈਧ ਹੈ ਜੋ ਡੇਬਾਏ ਤਾਪਮਾਨ ਤੋਂ ਉੱਪਰ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ ‘ਤੇ ਹਨ।
ਕਈ ਕਾਰਕ ਹਨ ਜੋ ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਕਰ ਸਕਦੇ ਹਨ, ਜਿਨ੍ਹਾਂ ਵਿੱਚ ਸ਼ਾਮਲ ਹਨ:
- ਤਾਪਮਾਨ: ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਸਿਰਫ਼ ਉਹਨਾਂ ਧਾਤਾਂ ਲਈ ਵੈਧ ਹੈ ਜੋ ਡੇਬਾਏ ਤਾਪਮਾਨ ਤੋਂ ਉੱਪਰ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ ‘ਤੇ ਹਨ। ਹੇਠਲੇ ਤਾਪਮਾਨ ‘ਤੇ, ਧਾਤਾਂ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਨਾਲੋਂ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਘੱਟਦੀ ਹੈ, ਇਸਲਈ ਦੋਵਾਂ ਦਾ ਅਨੁਪਾਤ ਘੱਟ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।
- ਅਸ਼ੁੱਧੀਆਂ: ਅਸ਼ੁੱਧੀਆਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਅਤੇ ਫੋਨੌਨਾਂ ਨੂੰ ਖਿੰਡਾ ਸਕਦੀਆਂ ਹਨ, ਜੋ ਇੱਕ ਧਾਤ ਦੀ ਥਰਮਲ ਅਤੇ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਨੂੰ ਘਟਾ ਸਕਦੀਆਂ ਹਨ। ਇਹ ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਨੂੰ ਵੀ ਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ।
- ਚੁੰਬਕੀ ਖੇਤਰ: ਇੱਕ ਚੁੰਬਕੀ ਖੇਤਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਅਤੇ ਫੋਨੌਨਾਂ ਦੀ ਗਤੀ ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਇੱਕ ਧਾਤ ਦੀ ਥਰਮਲ ਅਤੇ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਨੂੰ ਵੀ ਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਨੂੰ ਵੀ ਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ।
- ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਬਣਤਰ: ਇੱਕ ਧਾਤ ਦੀ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਬਣਤਰ ਧਾਤ ਦੀ ਥਰਮਲ ਅਤੇ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਕਰ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਇਹ ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਨੂੰ ਵੀ ਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ।
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਧਾਤਾਂ ਦੇ ਥਰਮਲ ਅਤੇ ਬਿਜਲੀ ਗੁਣਾਂ ਨੂੰ ਸਮਝਣ ਲਈ ਇੱਕ ਉਪਯੋਗੀ ਟੂਲ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਇਹਨਾਂ ਕਾਰਕਾਂ ਬਾਰੇ ਜਾਗਰੂਕ ਹੋਣਾ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਹੈ ਜੋ ਇਸ ਨਿਯਮ ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਕਰ ਸਕਦੇ ਹਨ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਤਾਪਮਾਨ, ਅਸ਼ੁੱਧੀਆਂ, ਚੁੰਬਕੀ ਖੇਤਰ, ਅਤੇ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਬਣਤਰ।
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਦੀ ਵਿਉਂਤਪਤੀ
ਵੀਡੇਮੈਨ-ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਕਹਿੰਦਾ ਹੈ ਕਿ ਇੱਕ ਧਾਤ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਅਤੇ ਇਸਦੀ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਦਾ ਅਨੁਪਾਤ ਤਾਪਮਾਨ ਦੇ ਸਮਾਨੁਪਾਤੀ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਨਿਯਮ ਨੂੰ ਹੇਠ ਲਿਖੇ ਵਿਚਾਰਾਂ ਤੋਂ ਵਿਉਂਤਪਤ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ।
ਮੰਨਕ
- ਧਾਤ ਬਿਜਲੀ ਅਤੇ ਗਰਮੀ ਦੀ ਚੰਗੀ ਚਾਲਕ ਹੈ।
- ਧਾਤ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਮੁਕਤ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਘੁੰਮ ਸਕਦੇ ਹਨ।
- ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦਾ ਮੀਨ ਫ੍ਰੀ ਪਾਥ ਧਾਤ ਦੇ ਆਕਾਰ ਤੋਂ ਬਹੁਤ ਛੋਟਾ ਹੈ।
- ਤਾਪਮਾਨ ਸਥਿਰ ਹੈ।
ਵਿਉਂਤਪਤੀ
- ਇੱਕ ਧਾਤ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਦਿੱਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ:
$$k=\frac{1}{3}C_vl\bar{v}$$
ਜਿੱਥੇ:
- $C_v$ ਸਥਿਰ ਆਇਤਨ ‘ਤੇ ਧਾਤ ਦੀ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ ਗਰਮੀ ਸਮਰੱਥਾ ਹੈ
- $l$ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦਾ ਮੀਨ ਫ੍ਰੀ ਪਾਥ ਹੈ
- $\bar{v}$ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦੀ ਔਸਤ ਗਤੀ ਹੈ
- ਇੱਕ ਧਾਤ ਦੀ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਦਿੱਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ:
$$\sigma=ne\mu$$
ਜਿੱਥੇ:
- $n$ ਪ੍ਰਤੀ ਇਕਾਈ ਆਇਤਨ ਵਿੱਚ ਮੁਕਤ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਹੈ
- $e$ ਇੱਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਦਾ ਚਾਰਜ ਹੈ
- $\mu$ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਮੋਬਿਲਿਟੀ ਹੈ
- ਵੀਡੇਮੈਨ-ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਕਹਿੰਦਾ ਹੈ:
$$\frac{k}{\sigma}=LT$$
ਜਿੱਥੇ:
- $L$ ਲੋਰੇਂਜ਼ ਨੰਬਰ ਹੈ
- $T$ ਤਾਪਮਾਨ ਹੈ
- ਵੀਡੇਮੈਨ-ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਵਿੱਚ $k$ ਅਤੇ $\sigma$ ਲਈ ਸਮੀਕਰਨਾਂ ਨੂੰ ਬਦਲ ਕੇ, ਅਸੀਂ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਦੇ ਹਾਂ:
$$\frac{\frac{1}{3}C_vl\bar{v}}{ne\mu}=LT$$
- ਦੁਬਾਰਾ ਵਿਵਸਥਿਤ ਕਰਨ ‘ਤੇ, ਅਸੀਂ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਦੇ ਹਾਂ:
$$L=\frac{1}{3n}\frac{C_vl\bar{v}}{e\mu T}$$
- ਲੋਰੇਂਜ਼ ਨੰਬਰ ਇੱਕ ਦਿੱਤੀ ਗਈ ਧਾਤ ਲਈ ਇੱਕ ਸਥਿਰਾਂਕ ਹੈ। ਇਸਲਈ, ਵੀਡੇਮੈਨ-ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਨੂੰ ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਲਿਖਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ:
$$\frac{k}{\sigma}=LT$$
ਜਿੱਥੇ $L$ ਇੱਕ ਸਥਿਰਾਂਕ ਹੈ।
ਵੀਡੇਮੈਨ-ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਧਾਤਾਂ ਦਾ ਇੱਕ ਮੂਲ ਨਿਯਮ ਹੈ ਜੋ ਉਹਨਾਂ ਦੀ ਥਰਮਲ ਅਤੇ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਨੂੰ ਜੋੜਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਨਿਯਮ ਨੂੰ ਕਾਇਨੈਟਿਕ ਸਿਧਾਂਤ ਦੇ ਬੁਨਿਆਦੀ ਸਿਧਾਂਤਾਂ ਤੋਂ ਵਿਉਂਤਪਤ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ।
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਦੀਆਂ ਵਰਤੋਂ
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਕਹਿੰਦਾ ਹੈ ਕਿ ਇੱਕ ਧਾਤ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਇਸਦੀ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਦੇ ਸਮਾਨੁਪਾਤੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਇਸ ਨਿਯਮ ਦੀਆਂ ਮੈਟੀਰੀਅਲ ਸਾਇੰਸ ਅਤੇ ਇੰਜੀਨੀਅਰਿੰਗ ਦੇ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਕਈ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਵਰਤੋਂ ਹਨ।
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਦੀਆਂ ਵਰਤੋਂ
- ਧਾਤਾਂ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ: ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਧਾਤਾਂ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਨੂੰ ਮਾਪਣ ਲਈ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਇਹ ਜਾਣਕਾਰੀ ਹੀਟ ਸਿੰਕ ਅਤੇ ਹੋਰ ਥਰਮਲ ਪ੍ਰਬੰਧਨ ਉਪਕਰਣਾਂ ਨੂੰ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਕਰਨ ਲਈ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਹੈ।
- ਧਾਤਾਂ ਦੀ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ: ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਧਾਤਾਂ ਦੀ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਨੂੰ ਮਾਪਣ ਲਈ ਵੀ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਇਹ ਜਾਣਕਾਰੀ ਬਿਜਲੀ ਸਰਕਟ ਅਤੇ ਹੋਰ ਬਿਜਲੀ ਉਪਕਰਣਾਂ ਨੂੰ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਕਰਨ ਲਈ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਹੈ।
- ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰਾਂ ਦੇ ਥਰਮਲ ਗੁਣ: ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰਾਂ ਦੇ ਥਰਮਲ ਗੁਣਾਂ ਦਾ ਅਧਿਐਨ ਕਰਨ ਲਈ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਇਹ ਜਾਣਕਾਰੀ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਉਪਕਰਣਾਂ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਟ੍ਰਾਂਜਿਸਟਰ ਅਤੇ ਇੰਟੀਗ੍ਰੇਟਡ ਸਰਕਟਾਂ ਨੂੰ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਕਰਨ ਲਈ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਹੈ।
- ਇੰਸੂਲੇਟਰਾਂ ਦੇ ਥਰਮਲ ਗੁਣ: ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਇੰਸੂਲੇਟਰਾਂ ਦੇ ਥਰਮਲ ਗੁਣਾਂ ਦਾ ਅਧਿਐਨ ਕਰਨ ਲਈ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਇਹ ਜਾਣਕਾਰੀ ਥਰਮਲ ਇੰਸੂਲੇਸ਼ਨ ਸਮੱਗਰੀ ਨੂੰ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਕਰਨ ਲਈ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਹੈ।
- ਕੰਪੋਜ਼ਿਟ ਮੈਟੀਰੀਅਲਾਂ ਦੇ ਥਰਮਲ ਗੁਣ: ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੰਪੋਜ਼ਿਟ ਮੈਟੀਰੀਅਲਾਂ ਦੇ ਥਰਮਲ ਗੁਣਾਂ ਦਾ ਅਧਿਐਨ ਕਰਨ ਲਈ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਇਹ ਜਾਣਕਾਰੀ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ ਥਰਮਲ ਗੁਣਾਂ ਵਾਲੀ ਕੰਪੋਜ਼ਿਟ ਸਮੱਗਰੀ ਨੂੰ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਕਰਨ ਲਈ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਹੈ।
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਭੌਤਿਕ ਵਿਗਿਆਨ ਦਾ ਇੱਕ ਮੂਲ ਨਿਯਮ ਹੈ ਜਿਸਦੀਆਂ ਮੈਟੀਰੀਅਲ ਸਾਇੰਸ ਅਤੇ ਇੰਜੀਨੀਅਰਿੰਗ ਦੇ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਕਈ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਵਰਤੋਂ ਹਨ। ਇਸ ਨਿਯਮ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਧਾਤਾਂ, ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰਾਂ, ਇੰਸੂਲੇਟਰਾਂ, ਅਤੇ ਕੰਪੋਜ਼ਿਟ ਮੈਟੀਰੀਅਲਾਂ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਅਤੇ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਨੂੰ ਮਾਪਣ ਲਈ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਇਹ ਜਾਣਕਾਰੀ ਕਈ ਤਰ੍ਹਾਂ ਦੇ ਉਪਕਰਣਾਂ ਅਤੇ ਸਮੱਗਰੀ ਨੂੰ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਕਰਨ ਲਈ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਹੈ।
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਦੀਆਂ ਸੀਮਾਵਾਂ
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਕਹਿੰਦਾ ਹੈ ਕਿ ਇੱਕ ਧਾਤ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਅਤੇ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਦਾ ਅਨੁਪਾਤ ਤਾਪਮਾਨ ਦੇ ਸਮਾਨੁਪਾਤੀ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਨਿਯਮ ਕਮਰੇ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ ‘ਤੇ ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਧਾਤਾਂ ਲਈ ਵੈਧ ਹੈ, ਪਰ ਕੁਝ ਅਪਵਾਦ ਵੀ ਹਨ।
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਤੋਂ ਵਿਚਲਨ
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਹੇਠ ਲਿਖਿਆਂ ਲਈ ਲਾਗੂ ਨਹੀਂ ਹੁੰਦਾ:
- ਬਹੁਤ ਹੇਠਲੇ ਤਾਪਮਾਨ ‘ਤੇ, ਧਾਤਾਂ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਨਾਲੋਂ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਘੱਟਦੀ ਹੈ, ਇਸਲਈ ਦੋਵਾਂ ਦਾ ਅਨੁਪਾਤ ਘੱਟ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਇਸਲਈ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਗਰਮੀ ਲੈ ਜਾਣ ਵਾਲੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਹੇਠਲੇ ਤਾਪਮਾਨ ‘ਤੇ ਅਸ਼ੁੱਧੀਆਂ ਅਤੇ ਦੋਸ਼ਾਂ ਦੁਆਰਾ ਜ਼ਿਆਦਾ ਮਜ਼ਬੂਤੀ ਨਾਲ ਖਿੰਡ ਜਾਂਦੇ ਹਨ।
- ਬਹੁਤ ਉੱਚੇ ਤਾਪਮਾਨ ‘ਤੇ, ਧਾਤਾਂ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਨਾਲੋਂ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਵੱਧਦੀ ਹੈ, ਇਸਲਈ ਦੋਵਾਂ ਦਾ ਅਨੁਪਾਤ ਵੱਧ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਇਸਲਈ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਗਰਮੀ ਲੈ ਜਾਣ ਵਾਲੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਉੱਚੇ ਤਾਪਮਾਨ ‘ਤੇ ਵਧੇਰੇ ਮੁਕਤ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਘੁੰਮ ਸਕਦੇ ਹਨ।
- ਚੁੰਬਕੀ ਖੇਤਰ ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ ਵਿੱਚ, ਧਾਤਾਂ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਘੱਟ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਜਦੋਂ ਕਿ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਅਣਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਰਹਿੰਦੀ ਹੈ। ਇਹ ਇਸਲਈ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਚੁੰਬਕੀ ਖੇਤਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਨੂੰ ਹੇਲੀਕਲ ਪਾਥ ਵਿੱਚ ਘੁੰਮਣ ਲਈ ਮਜਬੂਰ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਉਹਨਾਂ ਦੀ ਗਰਮੀ ਲੈ ਜਾਣ ਦੀ ਸਮਰੱਥਾ ਨੂੰ ਘਟਾਉਂਦਾ ਹੈ।
- ਅਸ਼ੁੱਧੀਆਂ ਜਾਂ ਦੋਸ਼ਾਂ ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ ਵਿੱਚ, ਧਾਤਾਂ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਘੱਟ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਜਦੋਂ ਕਿ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਅਣਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਰਹਿ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਇਹ ਇਸਲਈ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਅਸ਼ੁੱਧੀਆਂ ਜਾਂ ਦੋਸ਼ ਗਰਮੀ ਲੈ ਜਾਣ ਵਾਲੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਨੂੰ ਖਿੰਡਾ ਦਿੰਦੇ ਹਨ, ਉਹਨਾਂ ਦੇ ਮੁਕਤ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਘੁੰਮਣ ਦੀ ਸਮਰੱਥਾ ਨੂੰ ਘਟਾਉਂਦੇ ਹਨ।
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਧਾਤਾਂ ਦੇ ਥਰਮਲ ਅਤੇ ਬਿਜਲੀ ਗੁਣਾਂ ਨੂੰ ਸਮਝਣ ਲਈ ਇੱਕ ਉਪਯੋਗੀ ਟੂਲ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਨਿਯਮ ਦੀਆਂ ਸੀਮਾਵਾਂ ਬਾਰੇ ਜਾਗਰੂਕ ਹੋਣਾ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਹੈ, ਤਾਂ ਜੋ ਇਸਨੂੰ ਸਹੀ ਢੰਗ ਨਾਲ ਵਰਤਿਆ ਜਾ ਸਕੇ।
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ‘ਤੇ ਹੱਲ ਕੀਤੇ ਉਦਾਹਰਨ
ਵੀਡੇਮੈਨ-ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਕਹਿੰਦਾ ਹੈ ਕਿ ਇੱਕ ਧਾਤ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਅਤੇ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਦਾ ਅਨੁਪਾਤ ਤਾਪਮਾਨ ਦੇ ਸਮਾਨੁਪਾਤੀ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਨਿਯਮ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਿਸੇ ਧਾਤ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕਰਨ ਲਈ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ ਜੇਕਰ ਇਸਦੀ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਅਤੇ ਤਾਪਮਾਨ ਜਾਣਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।
ਉਦਾਹਰਨ 1:
ਇੱਕ ਤਾਂਬੇ ਦੇ ਤਾਰ ਦੀ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ 5.96 x 10$^{7}$ S/m ਹੈ ਅਤੇ ਕਮਰੇ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ (293 K) ‘ਤੇ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ 401 W/m-K ਹੈ। ਤਾਂਬੇ ਲਈ ਵੀਡੇਮੈਨ-ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਅਨੁਪਾਤ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕਰੋ।
ਹੱਲ:
ਵੀਡੇਮੈਨ-ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਅਨੁਪਾਤ ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਦਿੱਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ: $$ L = κ/σT $$
ਜਿੱਥੇ:
- L ਵੀਡੇਮੈਨ-ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਅਨੁਪਾਤ ਹੈ (WΩ/K$^2$ ਵਿੱਚ)
- κ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਹੈ (W/m-K ਵਿੱਚ)
- σ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਹੈ (S/m ਵਿੱਚ)
- T ਤਾਪਮਾਨ ਹੈ (K ਵਿੱਚ)
ਸਮੀਕਰਨ ਵਿੱਚ ਦਿੱਤੇ ਮੁੱਲਾਂ ਨੂੰ ਬਦਲ ਕੇ, ਅਸੀਂ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਦੇ ਹਾਂ:
$$ L = (401 W/m-K) / (5.96 x 10^7 S/m * 293 K) = 2.23 x 10^{-8} WΩ/K^2 $$
ਇਸਲਈ, ਤਾਂਬੇ ਲਈ ਵੀਡੇਮੈਨ-ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਅਨੁਪਾਤ 2.23 x 10$^{-8}$ WΩ/$^2$ ਹੈ।
ਉਦਾਹਰਨ 2:
ਇੱਕ ਸੋਨੇ ਦੇ ਤਾਰ ਦੀ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ 4.11 x 10$^7$ S/m ਹੈ ਅਤੇ ਕਮਰੇ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ (293 K) ‘ਤੇ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ 318 W/m-K ਹੈ। ਵੀਡੇਮੈਨ-ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਸੋਨੇ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕਰੋ।
ਹੱਲ:
ਅਸੀਂ ਵੀਡੇਮੈਨ-ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਸੋਨੇ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਦੀ ਗਣਨਾ ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਕਰ ਸਕਦੇ ਹਾਂ:
$$ κ = LσT $$
ਜਿੱਥੇ:
- L ਵੀਡੇਮੈਨ-ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਅਨੁਪਾਤ ਹੈ (WΩ/K$^2$ ਵਿੱਚ)
- σ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਹੈ (S/m ਵਿੱਚ)
- T ਤਾਪਮਾਨ ਹੈ (K ਵਿੱਚ)
ਸੋਨੇ ਲਈ ਵੀਡੇਮੈਨ-ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਅਨੁਪਾਤ 2.23 x 10$^{-8}$ WΩ/K$^2$ ਹੈ (ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਉਦਾਹਰਨ 1 ਵਿੱਚ ਗਿਣਿਆ ਗਿਆ ਹੈ)। ਸਮੀਕਰਨ ਵਿੱਚ ਦਿੱਤੇ ਮੁੱਲਾਂ ਨੂੰ ਬਦਲ ਕੇ, ਅਸੀਂ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਦੇ ਹਾਂ:
$κ = (2.23 x ^{-8}$WΩ/K$^2$) * (4.11 x 10$^7$ S/m) * (293 K) = 242 W/m-K
ਇਸਲਈ, ਸੋਨੇ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ 242 W/m-K ਹੈ।
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ FAQs
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਕੀ ਹੈ?
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਕਹਿੰਦਾ ਹੈ ਕਿ ਇੱਕ ਧਾਤ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਅਤੇ ਇਸਦੀ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਦਾ ਅਨੁਪਾਤ ਇੱਕ ਸਥਿਰਾਂਕ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਸਥਿਰਾਂਕ ਨੂੰ ਲੋਰੇਂਜ਼ ਨੰਬਰ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਇਹ 2.44 × 10$^{-8}$ WΩ/K2 ਦੇ ਬਰਾਬਰ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਦਾ ਭੌਤਿਕ ਮਹੱਤਵ ਕੀ ਹੈ?
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ ਇੱਕ ਧਾਤ ਦੀ ਥਰਮਲ ਅਤੇ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਆਪਸ ਵਿੱਚ ਗੂੜ੍ਹੇ ਤੌਰ ‘ਤੇ ਜੁੜੀਆਂ ਹੋਈਆਂ ਹਨ। ਇਹ ਇਸਲਈ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਥਰਮਲ ਅਤੇ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਦੋਵੇਂ ਇੱਕ ਧਾਤ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦੀ ਗਤੀ ਕਾਰਨ ਹੁੰਦੀਆਂ ਹਨ।
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਦੀਆਂ ਵਰਤੋਂ ਕੀ ਹਨ?
ਵੀਡੇਮੈਨ ਫ੍ਰਾਂਜ਼ ਨਿਯਮ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਹੇਠ ਲਿਖੇ ਕੰਮਾਂ ਲਈ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ:
- ਕਿਸੇ ਧਾਤ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਨਿਰਧਾਰਿਤ ਕਰਨ ਲਈ ਜੇਕਰ ਇਸਦੀ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਜਾਣੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ।
- ਕਿਸੇ ਧਾਤ ਦੀ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਨਿਰਧਾਰਿਤ ਕਰਨ ਲਈ ਜੇਕਰ ਇਸਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਜਾਣੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ।
- ਧਾਤਾਂ ਦੇ ਥਰਮਲ ਅਤੇ ਬਿਜਲੀ ਗੁਣਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਸੰਬੰਧ ਦਾ ਅਧਿਐਨ ਕਰਨ ਲਈ।
BETA
