താപനോപകരണങ്ങളിലെ ഹീറ്റിംഗ് എലിമെന്റ് ആയി കോപ്പറിനു പകരം നിക്രോം ഉപയോഗിക്കുന്നതെന്തുകൊണ്ട് ?


വൈദ്യുതി നല്ലവണ്ണം കടത്തിവിടുന്ന പദാര്‍ത്ഥങ്ങളാണ് വൈദ്യുതചാലകങ്ങള്‍ . കടത്തിവിടാത്തവ ഇന്‍സുലേറ്റേഴ്‌സ് അഥവാ വിദ്യുത്‌രോധികളും
അതായത് ചാലകങ്ങളേയും ഇന്‍സുലേറ്റേഴ്‌സിനേയും വ്യത്യസ്തമാക്കുന്നത് വൈദ്യുതി പ്രവഹിക്കുമ്പോഴുള്ള പ്രതിരോധത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയാണ് എന്നര്‍ത്ഥം
എന്നുവെച്ചാല്‍ പ്രതിരോധകങ്ങളില്‍ക്കൂടി വൈദ്യുതി കടന്നുപോകുമ്പോള്‍ അവ ചൂടാകുന്നു എന്ന വസ്തുത നാം മനസ്സിലാക്കേണ്ടതുണ്ട്
ഇത്തരത്തിലുള്ള ചൂടാകല്‍ പ്രതിരോധകത്തിന്റെ കാര്യത്തില്‍ മാത്രമല്ല ഒരു ഏതൊരു ചാലക കമ്പിക്കും സംഭവിക്കുന്നതാണ് .
ഇതുതന്നെയാണ് ഇന്‍‌കാന്‍ഡസെന്റ് ലാമ്പിന്റെ കാര്യത്തിലും സംഭവിക്കുന്നത് .
ബള്‍ബിലെ ഫിലമെന്റില്‍ക്കൂടി വൈദ്യുതി കടന്നുപോകുമ്പോള്‍ അത് ചുട്ടുപഴുക്കുകയും പ്രകാശിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. എന്നുവെച്ചാല്‍ 95 ശതമാനത്തോളം താപം ഉണ്ടാക്കുന്നതുവഴിയാണ് അത് പ്രകാശം നല്‍കുന്നത് എന്നര്‍ത്ഥം .
പ്രകാശിക്കുന്ന ബള്‍ബില്‍ നിന്ന് അല്പം അകലെയായി നിന്നാല്‍ നമുക്ക് ഇത് മനസ്സിലാക്കാവുന്നതാണ്

ഇനി നമുക്ക് ഹീറ്റിംഗ് എലിമെന്റിന്റെ കാര്യത്തിലേക്കു കടക്കാം

വൈദ്യുതി കടന്നുപോകുമ്പോള്‍ ഇത് താപം ഉണ്ടാക്കുന്നു
സാധാരണയായി 80 ശതമാനം നിക്കലും 20 ശതമാനം ക്രോമിയവും കലര്‍ന്ന നിക്രോം ആണ് ഹീറ്റിംഗ് എലിമെന്റ് ആയി ഉപയോഗിക്കുന്നത് . ഹീറ്റിംഗ് എലിമെന്റ് ആയി നിക്രോം ഉപയോഗിക്കുന്നതിന് പലകാരണങ്ങളും ഉണ്ട് .
ഉയര്‍ന്ന ദ്രവണാങ്കം ( 1400°C or 2550°F) , ഉയര്‍ന്ന താപനിലയില്‍‌പ്പോലും ഓക്സീകരിക്കാത്ത അവസ്ഥ , ചൂടാകുമ്പോള്‍ താപീയ വികാസം സംഭവിക്കാത്ത അവസ്ഥ  , തരക്കേണ്ടില്ലാത്ത  പ്രതിരോധം ( എന്നുവെച്ചാല്‍ വളരെ താഴ്‌ന്നതുമല്ല എന്നാല്‍ വളരെ ഉയര്‍ന്നതുമല്ല എന്നര്‍ത്ഥം )  എന്നിവയാണ് അവ

അടുത്തതായി നമ്മുടെ ചോദ്യം ഹീറ്റിംഗ് എലിമെന്റായി ഉപയോഗിക്കുന്ന പദാര്‍ത്ഥത്തിന് ഉയര്‍ന്ന പ്രതിരോധമാണോ താഴ്ന്ന പ്രതിരോധമാണോ വേണ്ടത് എന്നാണ് ?
ചിലപ്പോള്‍ നിങ്ങള്‍ ചിന്തിച്ചേക്കാം ഹീറ്റിംഗ് എലിമെന്റായി  ഉപയോഗിക്കുന്ന പദാര്‍ത്ഥത്തിന് ഉയര്‍ന്ന പ്രതിരോധം ആവശ്യമാണ് എന്ന് . കാരണം പ്രതിരോധമാണല്ലോ വൈദ്യുതി കടന്നുപോകുമ്പോള്‍ താപം ഉണ്ടാക്കുന്നത് .
എന്നാല്‍ യഥാര്‍ത്ഥത്തില്‍ സംഗതി അതല്ല
പദാര്‍ത്ഥത്തില്‍    താപം ഉണ്ടാകുന്നതിന്റെ പ്രധാന കാ‍രണം   വൈദ്യുതി പദാര്‍ത്ഥത്തില്‍ക്കൂടി പ്രവഹിക്കുന്നതാണ് അല്ലാതെ പദാര്‍ത്ഥത്തിന് പ്രതിരോധം ഉള്ളതുകൊണ്ടല്ല .
ഹീറ്റിംഗ് എലിമെന്റില്‍ക്കൂടി എത്രമാത്രം  കറന്റ് കടന്നുപോകുന്നു എന്നുള്ളതിനാണ് പ്രാധാന്യം  മറിച്ച് എത്രമാത്രം ഉയര്‍ന്ന പ്രതിരോധത്തില്‍ക്കൂടി കറന്റ് കടന്നുപോകുന്നു എന്നതിനല്ല
മുകളില്‍ കൊടുത്ത പ്രസ്താവന കണ്‍ഫ്യൂഷന്‍ ഉണ്ടാക്കിയേക്കാം . അതിനാല്‍  ഒന്നുകൂടി വിശദമാക്കാന്‍ ശ്രമിക്കാം
ഹിറ്റിംഗ് എലിമെന്റിന് ഏറ്റവും ഉയര്‍ന്ന (infinitely)  പ്രതിരോധം  ഉണ്ടെന്ന് വിചാരിക്കുക
ഓം നിയമം അനുസരിച്ച് (voltage = current × resistance or V = I R) ആണല്ലോ
അതായത് പ്രതിരോധം അനന്തമാകുമ്പോള്‍ കറന്റ് പൂജ്യത്തിനോടടുത്തായിരിക്കും
അതായത് പ്രതിരോധം അനന്തമായാല്‍ കറന്റ് പുജ്യമാവുകയും താപം തീരെ ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുകയും  ഇല്ല.
ഇനി ഇതിന് നേരെ വിപരീതം സംഭവിച്ചാല്‍ എന്തായിരിക്കും സ്ഥിതി ?
അതായത് കറന്റ് ഏറ്റവും ഉയര്‍ന്ന തോതില്‍ ആകുകയും പ്രതിരോധം തീരെ ഇല്ലാതിരിക്കുകയും ചെയ്താല്‍
ഈ സന്ദര്‍ഭത്തിലും താ‍പം തീരെ ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നില്ല എന്നു കാണാം
ഇതില്‍ നിന്ന് നാം ഒരു കാര്യം മനസ്സിലാക്കുന്നു
ഹീറ്റിംഗ് എലിമെന്റായി ഉപയോഗിക്കുന്ന പദാര്‍ത്ഥത്തിന്  ഉണ്ടായിരിക്കേണ്ട ഗുണം മുകളില്‍ പറഞ്ഞ രണ്ട് സന്ദര്‍ഭങ്ങള്‍ക്കും ഇടക്ക് ആയിരിക്കണം
അതായത് അതായത് വേണ്ടത്ര താപം ഉണ്ടാക്കാന്‍ പര്യാപ്തമായ പ്രതിരോധവും എന്നാല്‍  കറന്റ് വളരെ കുറക്കാത്തതുമായിരിക്കണം എന്നര്‍ഥം
അവിടെയാണ് നിക്രോമിന്റെ പ്രാധാ‍ന്യം വരുന്നത്
കോപ്പറിന്റെ പ്രതിരോധത്തിനേക്കാളും 100 മടങ്ങാണ് നിക്രോമിന്റെ പ്രതിരോധം
അപ്പോള്‍ നിക്രോമിന്റെ പ്രത്യേകത ഇവിടെ വ്യക്തമാകുന്നു
ഒരു ശരാശരി ചാലകതയുള്ളതും മിതമായ പ്രതിരോധവുമുള്ളതായ പദാര്‍ത്ഥമാണ് നിക്രോം
അതായത് നിക്രോമിന്റെ പ്രതിരോധം വര്‍ദ്ധിച്ച് ഒരു ഇന്‍സുലേറ്ററിന്റെ അത്രക്ക് എത്തുന്നില്ല എന്നര്‍ഥം
ഇനി ഗണിതശാസ്ത്രപരമായി പറയുകയാണെങ്കില്‍ .....
നമുക്കറിയാം
 P = VI
ഓം നിയമമനുസരിച്ച്
V = I R.
 P = I 2 R
അതായത് താപം പ്രതിരോധത്തിന് നേര്‍ അനുപാതത്തിലാണ്
അതുപോലെ തന്നെ താപം കറന്റിന്റെ വര്‍ഗ്ഗത്തിന് നേര്‍ അനുപാതത്തിലാണ്
അതിനാല്‍ താപം  ഒരു പദാര്‍ത്ഥത്തില്‍ താപം ഉല്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് പ്രതിരോധത്തിനേക്കാള്‍ കറന്റിനാണ് മുഖ്യപങ്ക്
അതായത് പ്രതിരോധം ഇരട്ടിയായാല്‍  പവര്‍ ഇരട്ടിയാകും ,
പക്ഷെ , കറന്റ് ഇരട്ടിയായാല്‍ പവര്‍ നാല് ഇരട്ടിയാകും
അതിനാല്‍ താപം ഉല്പാദിപ്പിക്കുന്നതിതില്‍ കറന്റിനാണ് മുഖ്യപങ്ക്

ഇനി അടുത്ത ചോദ്യത്തിലേക്കു കടക്കാം
എന്തുകൊണ്ടാണ് കോപ്പര്‍ താപനോപകരണങ്ങളില്‍ ഹീറ്റിംഗ് എലിമെന്റ് ആയി ഉപയോഗിക്കാത്തത് ?
ഇതിന് ഉത്തരമായി വേറൊരു ചോദ്യം ചോദിക്കട്ടെ
ഇന്‍‌കാന്‍ഡസെന്റ് ലാമ്പില്‍ ഫിലമെന്റ് ആയി ടങ്‌സ്റ്റണ്‍ ആ‍ണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത് . എന്തുകൊണ്ട് ടങ്സ്റ്റണേക്കാളും റസിസ്റ്റിവിറ്റി കൂടിയ നിക്രോം  ഉപഗോഗിക്കുന്നില്ല
ഈ ചോദ്യത്തിനും ഉത്തരം  ലഭിക്കുവാന്‍ പ്രയാസമുണ്ടെങ്കില്‍ താഴെയുള്ള ദ്രവണാങ്കത്തിന്റെ പട്ടിക  നോക്കുക

കോപ്പര്‍  ............. 1084.62 °C
നിക്രോം .........      1400 °C
ടങ്‌സ്റ്റണ്‍ .........     3422 °C

സാധാരണയായി ഒരു ഇന്‍‌കാന്‍ഡസെന്റ് ബള്‍ബ് പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നത്  ഏകദേശം 2500 °C ആണ്
മുകളിലെ പട്ടികവെച്ചുകൊണ്ട് ഏതാണ് അതിന് അനുയോജ്യം എന്ന് വ്യക്തമാണല്ലോ .
അതായത് കോപ്പറിന്റെ ദ്രവണാങ്കം കുറവായതിനാല്‍ ബള്‍ബിലെ ഫിലമെന്റ് ആയും താപനോപകരണങ്ങളിലെ ഹീറ്റിംഗ് കോയില്‍ ആയും  ഉപയോഗിക്കുന്നതിന് അനുയോജ്യമല്ല

കടപ്പാട് :

1) ശ്രീ കെ സുരേഷ് കുമാര്‍ സാര്‍   , Abraham Memorial Higher Secondary School ,Thirumala
2) ഇന്റര്‍നെറ്റിലെ വിവിധ സൈറ്റുകളിലെ തിരച്ചില്‍

വാല്‍ക്കഷണം :

എഴുതിയത് മുഴുവനും ശരിയാണെന്ന് അവകാശപ്പെടുന്നില്ല
പ്രസ്തുത ചോദ്യത്തിന് നെറ്റില്‍ വന്ന പ്രതികരണങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാനത്തില്‍ ഇത്രക്ക് വിശദമായി എഴുതി എന്നു മാത്രം
കൂട്ടിച്ചേര്‍ക്കലുകളും നിര്‍ദ്ദേശങ്ങളും ക്ഷണിക്കുന്നു





8 comments:

CK Biju Paravur said...

thank you sunil sir....

KOORI said...

THANKS SO MUCH FOR PROVIDING THESE VALUABLE INFORMATION

anzerp said...

ഒരു ഇസ്തിരിപ്പെട്ടിയിലെ നിക്രോം കോയില്‍ ഉള്‍പ്പെടുന്ന സര്‍ക്യൂട്ടും,10ാം ചോദ്യത്തിലെ സര്‍ക്യൂട്ട് 2 ഉം തമ്മലുള്ള വ്യത്യാസം വിശദീകരിക്കാമോ?

Unni NCK said...

പ്രതിരോധം കുറഞ്ഞ ചെമ്പിലാണ് കുടുതല്‍ താപം ഉല്‍പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നതെങ്കില്‍ വൈദ്യുതി വിതരണ ലൈനുകളായി ഉപയോഗിക്കുന്ന പ്രതിരോധം കുറഞ്ഞ ചാലകകമ്പിയില്‍ കൂടുതല്‍ താപം ഉല്‍പാതിപ്പിക്കപ്പെടേണ്ടതല്ലേ? തല്‍ഫലമായി പ്രസരണനഷ്ടവും വര്‍ദ്ധിക്കേണ്ടതല്ലേ?

ബാബു ജേക്കബ് said...

പ്രതിരോധം കുറഞ്ഞ അലുമിനിയം പോലുള്ള പ്രേഷണ ലൈനുകളിൽ താപത്തിന്റെ അളവ് കുറയുന്നത് അതിലൂടെയുള്ള പ്രവഹിക്കുന്ന കറന്റ് കുറവായതുകൊണ്ടാണ്.
താപന ചാലകത്തെ സംബന്ധിച്ച് അതിന് അനുയോജ്യമായ പ്രതിരോധം ഉണ്ടായിരിക്കുകയും,അതിലൂടെ അനുയോജ്യമായ കറന്റ് പ്രവഹിക്കുകയും വേണം. ('അനുയോജ്യം' എന്നത് എത്രയാണെന്ന് ഉൽപ്പാതിപ്പിക്കപ്പെടേണ്ട താപത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കും.).ഒരേ നീളമുള്ള ചെമ്പുകമ്പിയും നിക്രോം കമ്പിയും ഒരു സർക്കീട്ടിൽ മാറി മാറി ഘടിപ്പിച്ചാൽ തീർച്ചയായും നിക്രോമിൽ ആയിരിക്കും കൂടുതൽ താപം ഉൽപ്പാതിപ്പിക്കപ്പെദുക. (ഇവിടെ പ്രതി കൂടിയ പ്രതിരോധം തന്നെ.). എന്തുകൊണ്ട് കറന്റ് കൂടുതൽ പ്രവഹിച്ചിട്ടും ചെമ്പ് കമ്പിയിൽ കൂടുതൽ താപം ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കപ്പെട്ടില്ല ? അതിനുള്ള ഉത്തരം നേരത്തെ പറഞ്ഞതു തന്നെ. ചെമ്പ് കമ്പിയ്ക്ക് 'അനുയോജ്യമായ' പ്രതിരോധം ഇല്ല. താപന ചാലകമായി ചെമ്പു കമ്പി തന്നെ ഉപയോഗിക്കണം എന്ന് വാശി പിടിക്കുന്നവർ വളരെ വളരെ നീളമുള്ള ചെമ്പ് കമ്പി ഉപയോഗിച്ച് മതിയായ പ്രതിരോധം സൃഷ്ടിച്ചാൽ മതിയാകും.

sudheer g.n said...

Please watch this video

http://physicscarekerala.blogspot.in/2014/06/joules-law.html

Visit: http://physicscare.blogspot.in/

anzerp said...

എത് ഒരു സര്‍ക്ക്യൂട്ടും കണക്റ്റിങ് വയര്‍ ഉപയോഗിച്ച് ശ്രേണിയില്‍ ബന്ധിപ്പിച്ചാണല്ലോ ഉണ്ടാക്കുന്നത്. സാധാരണയായി കണകണക്റ്റിങ് വയറിന്റെ റസിസറ്റന്‍‍സ് കുറവും, ലോഡ് റസിസറ്റന്‍‍സ് കൂടുതലുമായിരിക്കും


രണ്ട് സര്‍ക്ക്യൂട്ടുകളിലും കോപ്പര്‍ വയര്‍ ഉപയോഗിച്ചാണ് ബന്ധിപ്പിക്കുന്നതെങ്കില്‍
ഒന്നമത്തെ സര്‍ക്ക്യൂട്ടില്‍ എല്ലാ ഭാഗത്തും ഉണ്ടാകുന്ന താപം തുല്ല്യമായിരിക്കുമല്ലോ കാരണം റസിസ്റ്റിവിറ്റി തുല്ല്യമായതിനാല്‍

എന്നാല്‍ രണ്ടാമത്തെ സര്‍ക്യുട്ടിലെ നിക്രോം വയര്‍ കൂടുതല്‍ ചുടാകും കാരണം ശ്രേണിയില്‍ കൂടുതല്‍ റസിസറ്റന്‍സുള്ള വയര്‍ കൂടുതല്‍ താപം ഉല്പാദിപ്പിക്കുന്നു.


(ഒരു ബള്‍ബിന്‍റെ ഫിലമെന്‍റുമായി ബന്ധിപ്പിക്കുന്ന കോപ്പര്‍ വയര്‍ ചൂടാകുന്നില്ല എന്നത് പോലെ.)

ente school said...


ഒരേ നീളവും ഛെദതല വിസ്തീർണവും ഉള്ള കോപ്പർ കമ്പിയും നിക്രോം കമ്പിയും പരിഗണിക്കുമ്പോൾ
കോപ്പറിന്റെ പ്രതിരോധത്തിന്റെ ഏകദേശം 59 മടങ്ങാണ് നിക്രോമിന്റെത്
(Resistivity of Copper = 1.69 x 10-8 , Resistivity of Nichrome = 100 x 10-8 Ohm m)
അതിനാൽ താപം കണക്കാക്കുമ്പോൾ,
in COPPER,
I=V/R H=( V2/R2 ) x R t ie, H = V2 t/R
in NICHROME,
I=V/59R H=( V2/(59R)2 ) x 59R t ie, H = V2 t/59R
അതായത് കോപ്പറിൽ ഉണ്ടാകുന്ന താപത്തിന്റെ 1/59 ഭാഗമാണ് നിക്രോമിൽ ഉണ്ടാകുന്നത് .