Съдържание
- Основи на електричеството
- Какво е проводимост?
- Проводимост срещу проводимост
- Електрическа проводимост и вода: преглед
- Значение на проводимостта във водата
- Топлопроводимост
Всеки, който прекарва много време около плувен басейн, бързо открива, че хората като цяло са много загрижени да имат електрически устройства в близост до водата - още повече, че ако се случи да бъдат включени.
Това е вярно в повечето случаи, когато има достатъчно резервоар за вода навсякъде в близост до известни потоци от електрически ток. Благодарение на проводимостта на водата, дяволското престъпление "тостер във ваната" е нещо като любим клише в историята на старата школа, мистерия.
Въпросът тук не е, че можете да се нараните с електричество, макар че това винаги е жизнено важно да имате предвид; това е, което най-бдителни възрастни, и по този въпрос децата в средните училища знаят да се насочват далеч от смесване на вода с ток под каквато и да е форма, независимо дали познават физиката или не. (Всъщност продължават да съществуват някои прекалено предпазливи идеи, като например понятието, което може да получи шок, ако докоснете пластмасов превключвател на светлината, когато пръстите ви са мокри.)
По-важен за момента е въпросът как електричеството „тече“ поне някои течности, когато поне някои твърдите вещества могат да го съдържат. Дали само водата взаимодейства с електричеството по този начин? Какво става с разлятото мляко или сок? И по-общо, какви свойства на материята допринасят за нейната стойност проводимост?
Основи на електричеството
Явлението, известно като електричество, всъщност не е нищо повече от движението на електрони чрез някакъв вид физическа среда или материал.
Може да не мислите за въздуха като за материал, но всъщност въздух, богат на различни молекули, които не можете да видите, много от които могат и участват в електрически поток. Очевидно не виждате електрони, така че ако вярвате в електричеството, трябва да вярвате, че удивително малките неща играят огромна роля в поведението на ежедневните материали!
Различните материали позволяват това преминаване на електрони - и с тях техните електрически заряди - в различна степен в зависимост от техните отделни молекулни и атомни структури. Колкото по-малко са сблъсъците с други мънички предмети, изпитвани от ципиращите електрони, толкова по-лесно те се предават през въпросната материя.
Общото уравнение за текущия поток е I = V / R, където аз е токов поток в ампери, V е разликата на електрическия потенциал във волта ("напрежение") и R е съпротивлението в ома. Съпротивлението е свързано с проводимост, както скоро ще научите.
Какво е проводимост?
Проводимост или по-формално електрическа проводимост, е математическа мярка за способността на материалите да провеждат електричество. Тя е представена от гръцката буква сигма (σ) и нейната SI (метрична система) единица е сиемен на метър (S / m).
Проводимостта е само математическата реципрочност на съпротивление. Съпротивлението се представя с малката гръцка буква rho (ρ) и се измерва в ом-метри (Ωm), което означава, че S / m може да бъде описан и като реципрочен ом-метър (1 / Ωm или Ωm-1). Като разширение можете да видите, че сиеменът е реципрочен на ома. От провеждане на нещо в реалния свят е обратното на съпротива неговото преминаване, това има физически смисъл.
Проводимостта на даден материал е присъщо свойство на този материал и не е свързано с начина на сглобяване на верига или друга система, което се отчита от "на метър" в сиеменската единица. Той е свързан с устойчивостта на материал, често тел при физически проблеми, свързани с тези ситуации, чрез израза R = ρL / A където L е дължината, ако жицата в m и А площта на напречното му сечение в m2.
Проводимост срещу проводимост
Както беше отбелязано, проводимостта не зависи от експерименталната настройка и е само отражение на това как даден материал (твърд, течен или газообразен) "е." Някои материали естествено правят силни проводници (и следователно лоши резистори), докато други могат да провеждат електричество слабо или изобщо да не правят добри резистори (или електрически изолатори).
С електрическа верига можете да манипулирате настройката, така че да можете да получите каквото ниво на ток ви харесва, независимо от комбинацията от съпротивителни елементи, които включвате. Ето защо се обозначава съпротива R и няма дължина в своите единици; това е мярка за свойствата на системата, а не на материала. Съответно, електропроводимост (символизирано от буквата G и измерено в сиемен) работи по същия начин. Но обикновено е по-удобно да се използва R или ρ отколкото е да вървиш G или σ.
Като аналогия, помислете, че треньорът на футболен отбор може да промени силата и бързината на отделните си играчи, но в крайна сметка всеки съществуващ футболен отбор има същите съществени ограничения: 11 човека играчи на една страна, различаващи се във физическото си положение способности, но притежаващи същите основни свойства.
Електрическа проводимост и вода: преглед
Най-шокиращото нещо, което ще научите в тази статия (и това не е само каламбур, честно!) Е, че водата, строго погледнато, е ужасен проводник на електричество. Тоест, чист Н2O (водород и кислород в съотношение 2: 1) не води електричество.
Както несъмнено вече сте заключили, това означава, че срещата с наистина чиста вода е нещо, което по същество никога не се случва. Дори и в лабораторни условия лесното йони (заредени частици) могат да се „промъкнат“ във вода, кондензирана от чиста пара, т.е. дестилирана.
Водата от тръби и директно от природни източници неизменно е богата на примеси като минерали, химикали и разтворени вещества. Разбира се, това не е лошо нещо; цялата тази сол в океанската вода, например, улеснява леко плаването в морето, ако това е вашата игра.
Както се случва, трапезната сол (натриев хлорид или NaCl) е едно от по-известните вещества, които могат да ограбят водата от нейните изолационни свойства при разтваряне в Н2О.
Значение на проводимостта във водата
Проводимостта на водата в американските реки варира в широки граници от около 50 до 1500 µS / cm. Вътрешните сладководни потоци, които позволяват на рибата да процъфтява, имат тенденция да имат между 150 и 500 µS / cm. По-високата или по-ниската проводимост може да показва, че водата не е подходяща за определени видове риби или макроигръбначни. Промишлените води могат да достигнат до 10 000 µS / cm.
Проводимостта е индиректна мярка за качеството на поточната вода. Всеки воден път има относително постоянен обхват, който може да се използва като основна проводимост на стандарта за питейна вода. Редовни оценки на проводимостта, направени с помощта на a водомер, Основните промени в проводимостта могат да сигнализират за необходимостта от усилия за почистване.
Топлопроводимост
Тази статия е ясно за електрическата проводимост. Във физиката обаче е много вероятно да чуете за проводимостта на топлината, което е малко по-различно, защото топлината се измерва в енергия, докато електричеството, което може да осигури енергия, не е така.
Промените в топлопроводимостта на материалите обикновено имат паралелни промени в неговата електрическа проводимост, макар и не обикновено в същия мащаб. Едно интересно свойство на материалите е, че докато повечето от тях стават по-бедни проводници, докато се нагряват (тъй като частиците свикат по-бързо и по-бързо с покачването на температурата, по-вероятно е да „намесват“ електроните), това не е вярно за клас от материали, наречени полупроводници.