Upitishaji ni mchakato ambao kitu fulani, kama vile joto au mkondo wa umeme, huhama kutoka kitu kimoja hadi kitu kingine. Upitishaji hutokea katika yabisi, vimiminika, na gesi. Hata hivyo, vitu vizito huhamisha nishati kwa ufanisi zaidi kwa vile molekuli zilizo katika vitu vikali zimejaa sana, na molekuli ziko karibu zaidi.
Uendeshaji wa joto hutokea wakati molekuli huongezeka kwa joto; hutetemeka, na mtetemo huu na harakati hupitisha nishati ya joto kwa molekuli zinazozunguka.
Wakati miili miwili iliyo na joto tofauti inapogusana, joto hutiririka kutoka kwa mwili kwa joto la juu hadi kwa mwili kwa joto la chini . Wastani wa nishati ya kinetic ya dutu ni kipimo cha joto la mwili. Wakati kuna ongezeko la wastani wa nishati ya kinetic ya molekuli ya dutu, joto lake huongezeka, na ikiwa kuna kuanguka kwa nishati ya kinetic ya wastani ya molekuli ya dutu, joto lake hupungua.
Weka sufuria ya kukaanga kwenye moto. Kaanga hivi karibuni huwa moto, kwa sababu joto hupita kutoka kwa moto hadi kwenye sufuria. Sasa ondoa sufuria kutoka kwa moto. Hatua kwa hatua sufuria itapungua kwa sababu joto huhamishwa kutoka kwenye sufuria hadi kwenye mazingira. Katika visa vyote viwili, joto hutiririka kutoka kwa kitu moto hadi kitu baridi zaidi.
Ungekuwa na uzoefu kwamba ikiwa unagusa kikombe cha moto cha chai, mkono wako unahisi joto la kikombe. Sababu ni baadhi ya nishati ya joto huhamishwa kutoka kikombe hadi mkono wako. Uhamisho wa joto kutoka kwa kitu cha moto hadi kitu baridi ikiwa kuna mawasiliano kati yao. Katika fizikia, tunasema kwamba uhamisho wa joto unahitaji kati. Uendeshaji wa joto ni mwendo wa joto kutoka kwa kitu kimoja hadi kingine ambacho kina joto tofauti wakati wanagusana. Katika yabisi, kwa ujumla, joto huhamishwa na mchakato wa upitishaji. Uendeshaji wa joto huelezea jinsi nyenzo inavyoweza kupitisha joto kupitia hiyo. Inafafanuliwa na kiwango cha mtiririko wa nishati kwa kila eneo la kitengo ikilinganishwa na gradient ya joto.
Sheria ya Fourier ya Uendeshaji wa Joto: Sheria ya Fourier inaonyesha kwamba nishati ya joto hutoka kwenye nyenzo zenye joto hadi kwenye nyenzo za baridi. Sheria ya Fourier inaweza kuandikwa kama
q = kAdT∕s
Katika mlinganyo huu, q inarejelea kiwango cha upitishaji joto, A ni eneo la uhamishaji joto, k ni upitishaji wa joto wa nyenzo, dT ni tofauti ya joto kwenye nyenzo, na s inarejelea jinsi nyenzo ilivyo nene.
Mifano:
Uendeshaji wa umeme hutokea kutokana na harakati za chembe za kushtakiwa kwa umeme kwa njia ya kati. Harakati hii inaweza kusababisha mkondo wa umeme, ambao unaweza kubebwa na elektroni au ioni. Mfano wa upitishaji umeme ni pale unapopata umeme kwa bahati mbaya unapogusa waya hai kwa sababu mwili wako una maji ambayo ni kondakta wa umeme. Mfano mwingine ni wakati umeme unapita kwenye waya, ambazo ni kondakta, hivyo tunaweza kutazama TV au kutumia kompyuta.
Uendeshaji wa umeme ni kipimo cha jinsi nyenzo inavyoshughulikia harakati za malipo ya umeme. Katika yabisi kama vile metali, elektroni hufungamana kwa urahisi kwa atomi kwa sababu ambayo elektroni zinaweza kusonga kwa uhuru kutoka atomi hadi atomi katika kitu cha chuma. Uhamaji huu wa elektroni huturuhusu kupitisha mkondo wa umeme kupitia hiyo. Ikiwa tunaweza kupitisha mkondo wa umeme kwa urahisi kupitia vitu, tunawaita conductors nzuri za umeme. Nyenzo ambazo haziruhusu umeme kupita ndani yao hujulikana kama vihami. Conductivity ya semiconductors ni kati kati ya ile ya insulator na kondakta. "Utupu kamili," hauna chembe za kushtakiwa; vacuums kawaida hufanya kama vihami vizuri sana.
Uendeshaji katika metali unaelezewa vizuri na Sheria ya Ohm , ambayo inasema kwamba sasa ni sawia na uwanja wa umeme unaotumiwa. Urahisi ambao msongamano wa sasa (sasa kwa kila eneo) j huonekana kwenye nyenzo hupimwa na upitishaji σ , unaofafanuliwa kama:
j = σ E,
E ni uwanja wa umeme katika eneo hilo na σ ni upitishaji wa nyenzo, kipimo cha jinsi chaji husogea kwa urahisi ndani yake.
Conductivity ya umeme au resistivity ya nyenzo ni mali isiyoweza kubadilika ambayo haibadilika kwa heshima na ukubwa au sura ya nyenzo.
Kuchaji kwa upitishaji:
Miili inaweza kushtakiwa kwa njia ya uendeshaji, ambayo ni kwa kuwasiliana. Kwa uendeshaji, mwili hupata malipo sawa na kwenye mwili wa malipo.
Jaribio: Tengeneza silinda ya karatasi kwa kukunja kipande cha karatasi kwenye penseli na kisha kuvuta penseli kwa upole. Sitisha silinda ya karatasi kwa uzi uliofungwa katikati yake. Kuchukua fimbo ya kioo na kuisugua na hariri ili iwe na malipo mazuri. Gusa silinda ya karatasi na fimbo hii ya kioo. Ondoa fimbo ya kioo na kisha ulete tena fimbo ya kioo karibu na silinda ya karatasi.
Utaona kwamba silinda ya karatasi inarudishwa na fimbo ya kioo, Hii ina maana kwamba silinda ya karatasi imepata malipo mazuri ambayo ni malipo sawa na kwenye fimbo ya kioo kutokana na uendeshaji.
Mifano:
Photoconductivity hutokea wakati nyenzo inachukua mionzi ya sumakuumeme, na kusababisha mabadiliko katika conductivity ya umeme ya dutu. Mionzi ya sumakuumeme inaweza kusababishwa na kitu rahisi kama nuru inayomulika semicondukta au kitu changamano kama nyenzo inayoangaziwa na mionzi ya gamma. Tukio la sumakuumeme linapotokea, idadi ya elektroni za bure huongezeka, kama vile idadi ya mashimo ya elektroni, na hivyo kuongeza upitishaji wa umeme wa kitu. Baadhi ya semiconductors za fuwele, kama vile silicon, germanium, salfidi ya risasi na cadmium sulfidi, na semimetal semimetal seleniamu inayohusiana, zina uwezo wa kupiga picha.
Mifano:
Kitu chochote kinachohamisha nishati ya joto au umeme, au zote mbili, kwa ufanisi ni kondakta. Nyenzo ambazo haziruhusu joto na umeme kupita ndani yao ni insulator.
| Vifaa vyenye conduction nzuri ya mafuta | Vifaa vyenye conduction nzuri ya umeme |
|
|
Vyuma kwa ujumla huhamisha joto kwa ufanisi na ni vikondakta vyema vya joto. Vitambaa na kuni huwa na utoaji duni wa joto. Kwa ujumla, ikiwa dutu ni kondakta mzuri wa nishati ya joto, pia itakuwa kondakta mzuri wa umeme. Hii sio kweli kila wakati; kwa mfano, mica ni kondakta wa joto lakini insulator ya umeme. Maji ya chumvi ni kondakta duni wa joto lakini kondakta mzuri wa umeme. Bado, kwa ujumla, upakiaji sawa wa karibu wa atomi na harakati isiyo na malipo ya elektroni zao ambayo hufanya nishati ya joto kuzunguka katika dutu pia hufanya nishati ya umeme ya elektroni kusonga.
Maji safi, bila yabisi yaliyoyeyushwa, hayapitishi umeme. Mkondo wa umeme unapita kwa urahisi zaidi wakati maji yana madini mengi yaliyoyeyushwa ndani yake. Hewa, mchanganyiko wa gesi, kwa ujumla si kondakta mzuri wa joto au umeme. Hewa, kama maji, inachukuliwa kuwa insulator. Bado chembechembe za angani zinapopokea chaji kali ya umeme kutoka, tuseme, tuli iliyojengwa (kutoka kwenye uwanja wa umeme wakati umeme unakaribia kupiga au kutoka kwenye uwanja wa umeme wa njia ya umeme), hewa hiyo inaweza kusambaza umeme.
Maji ya chumvi ni kondakta duni wa joto lakini kondakta mzuri wa umeme: Maji safi huhifadhi joto kwa muda mrefu kuliko maji ya chumvi kwa sababu uongezaji wa chumvi hupunguza uwezo wa joto wa myeyusho unaohusiana na maji safi. Uwezo wa chini wa joto humaanisha kuwa maji ya chumvi hupasha joto na kupoa haraka zaidi kuliko maji safi chini ya hali sawa. Conductivity ya mafuta hupungua kwa kuongezeka kwa chumvi na kuongezeka kwa joto la kuongezeka. Conductivity ya umeme ya maji inategemea mkusanyiko wa ions kufutwa katika suluhisho. Chumvi ya kloridi ya sodiamu hujitenga na ioni. Kwa hivyo maji ya bahari ni karibu mara milioni zaidi kuliko maji safi. |
