Obsah
- Základy elektriny
- Čo je vodivosť?
- Vodivosť verzus vodivosť
- Elektrická vodivosť a voda: Prehľad
- Dôležitosť vodivosti vo vode
- Tepelná vodivosť
Každý, kto trávi veľa času okolo bazéna, rýchlo zistí, že ľudia sa vo všeobecnosti veľmi zaujímajú o elektrické zariadenia blízko vody - o to viac, ak sú náhodou zapojení.
To platí v skutočnosti vo väčšine situácií, keď existuje dostatočná vodná nádrž kdekoľvek blízko známych tokov elektrického prúdu. Vďaka vodivosti vody je zločin diabolský „hriankovač vo vani“ niečo ako milovaný klišé v starodávnych príbehoch o vraždách.
Nejde o to, že by ste sa mohli ublížiť elektrinou, aj keď je to vždy dôležité mať na pamäti; je to, že väčšina varujúcich dospelých a v tomto prípade deti zo stredných škôl vedia vyhýbať sa miešaniu vody s prúdom v akejkoľvek forme, či už vedia fyziku alebo nie. (V skutočnosti pretrvávajú niektoré príliš opatrné nápady, napríklad predstava, že pravdepodobne dôjde k šoku, ak sa dotknete plastového spínača svetla, keď máte prsty mokré.)
V súčasnosti je dôležitejšia otázka, ako aspoň „prúdi“ elektrina niektorí kvapaliny najmenej niektorí môžu ju obsahovať pevné látky. Je to práve voda, ktorá týmto spôsobom reaguje s elektrinou? A čo rozliate mlieko alebo džús? A všeobecnejšie, aké vlastnosti hmoty prispievajú k jej hodnote vodivosť?
Základy elektriny
Fenomén známy ako elektrina nie je nič viac ako pohyb elektróny prostredníctvom nejakého fyzického média alebo materiálu.
Nemusíte myslieť na vzduch ako na materiál, ale v skutočnosti je to vzduch bohatý na rôzne molekuly, ktoré nemôžete vidieť, z ktorých sa veľa a môže podieľať na elektrickom toku. Jasne nemôžete vidieť elektróny, takže ak veríte v elektrinu, mali by ste veriť, že úžasne malé veci hrajú obrovskú úlohu v správaní sa každodenných materiálov!
Rôzne materiály umožňujú tento prechod elektrónov - as nimi aj ich elektrické náboje - v rôznej miere v závislosti od ich individuálnych molekulárnych a atómových štruktúr. Čím menej zrážok s inými malými predmetmi sa vyskytuje pri zipsových elektrónoch, tým ľahšie sa prenášajú cez predmetnú záležitosť.
Všeobecná rovnica pre tok prúdu je I = V / R, kde ja je aktuálny tok v ampéroch, V je rozdiel elektrického potenciálu vo voltoch ("napätie") a R je odpor v ohmoch. Odpor sa spája s vodivosťou, ako sa čoskoro naučíte.
Čo je vodivosť?
Vodivosť alebo formálnejšie elektrická vodivosť, je matematické opatrenie materiálovej schopnosti viesť elektrinu. Je zastúpená gréckym písmenom sigma (σ) a jeho jednotka SI (metrický systém) je siemens na meter (S / m).
Vodivosť je iba matematickým recipročným odporu. Odpor je reprezentovaný malým gréckym písmenom rho (ρ) a meria sa v ohmmetroch (Ωm), čo znamená, že S / m možno tiež opísať ako recipročný ohmmetre (1 / Ωm alebo Ωm).-1). Po rozšírení vidíte, že siemen je recipročný ohm. od tej doby vykonávajúci niečo v skutočnom svete je opakom odolávanie jeho priechod, to dáva fyzický zmysel.
Vodivosť materiálu je vnútornou vlastnosťou tohto materiálu a nesúvisí s tým, ako je zostavený obvod alebo iný systém, čo sa pripisuje „na meter“ v siemensovej jednotke. Vyjadruje to odolnosť materiálu, často drôtu vo fyzických problémoch týkajúcich sa týchto situácií R = ρL / A kde L je dĺžka drôtu vm jeho prierezová plocha vm2.
Vodivosť verzus vodivosť
Ako už bolo uvedené, vodivosť nezávisí od experimentálneho usporiadania a je iba odrazom toho, ako daný materiál (pevný, kvapalný alebo plynný) „je“. Niektoré materiály prirodzene vytvárajú silné vodiče (a teda zlé rezistory), zatiaľ čo iné môžu viesť elektrinu slabo alebo vôbec a vytvárať dobré rezistory (alebo elektrické izolátory).
S elektrickým obvodom môžete manipulovať s nastavením tak, aby ste dostali akúkoľvek úroveň prúdu, ktorá sa vám páči, bez ohľadu na to, akú kombináciu odporových prvkov zahrniete. Preto je označený odpor R a nemá dĺžku vo svojich jednotkách; je to miera systémových vlastností, nie materiálu. V súlade s tým, vodivosť (symbolizuje sa písmenom G a merané v siemensoch) funguje rovnako. Ale jeho použitie je zvyčajne pohodlnejšie R alebo ρ ako s tým ísť G alebo σ.
Analogicky zvážte, že tréner futbalového tímu môže zmeniť silu a rýchlosť svojich jednotlivých hráčov, ale nakoniec má každý existujúci futbalový tím rovnaké základné obmedzenia: 11 ľudských hráčov na stranu, ktoré sa líšia vo svojej fyzickej stránke ale majú rovnaké základné vlastnosti.
Elektrická vodivosť a voda: Prehľad
Najšokujúcejšia vec, ktorú sa v tomto článku dozviete (a to nie je len slovná hračka, úprimná!), Je to, že voda je prísne povedané, hrozný vodič elektriny. To znamená, čisto H2O (vodík a kyslík v pomere 2: 1) nevedie elektrinu.
Ako ste už nepochybovali, znamená to, že stretnutie skutočne čistej vody je niečo, čo sa v zásade nikdy nestane. Dokonca aj v laboratórnom prostredí je ľahké pre ióny (nabité častice) „preniknúť“ do vody kondenzovanej z čistej pary, t. J. Destilovanej.
Voda z potrubí a priamo z prírodných zdrojov je vždy bohatá na nečistoty, ako sú minerály, chemikálie a rôzne rozpustené látky. Toto nie je nevyhnutne zlá vec; Napríklad všetka soľ v morskej vode uľahčuje plávanie v mori, ak je to vaša hra.
Stolová soľ (chlorid sodný alebo NaCl) je jednou z najznámejších látok, ktoré dokážu po rozpustení v H zlikvidovať jej izolačné vlastnosti.2O.
Dôležitosť vodivosti vo vode
Vodivosť vody v amerických riekach sa pohybuje v širokom rozmedzí od asi 50 do 1 500 uS / cm. Vnútrozemské sladkovodné toky, ktoré umožňujú rybám prosperovať, majú tendenciu mať 150 až 500 µS / cm. Vyššia alebo menšia vodivosť môže naznačovať, že voda nie je vhodná pre určité druhy rýb alebo makov stavovcov. Priemyselné vody sa môžu pohybovať až do 10 000 µS / cm.
Vodivosť je nepriamym meradlom napríklad kvality prúdenej vody. Každá vodná cesta sa môže pochváliť relatívne konštantným rozsahom, ktorý možno použiť ako základnú vodivosť štandardu pre pitnú vodu. Pravidelné hodnotenia vodivosti vykonávané pomocou a vodomer vodomeru, Hlavné zmeny vodivosti by mohli signalizovať potrebu úsilia o vyčistenie.
Tepelná vodivosť
Tento článok sa jasne týka elektrickej vodivosti. Vo fyzike však budete pravdepodobne počuť o vedení tepla, čo je trochu iné, pretože teplo sa meria v energii, zatiaľ čo elektrina, ktorá môže poskytovať energiu, nie je.
Zmeny tepelnej vodivosti materiálov majú tendenciu paralelne meniť svoju elektrickú vodivosť, aj keď nie zvyčajne v rovnakom meradle. Jednou zo zaujímavých vlastností materiálov je to, že zatiaľ čo väčšina z nich sa stáva slabšími vodičmi, keď sú zohrievané (častice, ktoré rýchlejšie a rýchlejšie stúpajú pri teplotných stúpaniach, s väčšou pravdepodobnosťou „rušia“ elektróny), to neplatí pre triedu materiály nazývané polovodiče.