Vsebina
- Osnove električne energije
- Kaj je prevodnost?
- Vodljivost proti prevodnosti
- Električna prevodnost in voda: pregled
- Pomen prevodnosti v vodi
- Toplotna prevodnost
Kdor preživi veliko časa okoli bazena, hitro ugotovi, da so ljudje na splošno zelo zaskrbljeni, če imajo električne naprave v bližini vode - še toliko bolj, če se slučajno priklopijo.
To pravzaprav velja za večino situacij, kjer obstaja dovolj rezervoarja vode kjerkoli v bližini znanih pretokov električnega toka. Zahvaljujoč prevodnosti vode je diabolični zločin "toaster v kadi" nekaj ljubljenega klišeja v starošolskih zgodbah, ki jih skrivnost ubija.
Bistvo tukaj ni, da se lahko poškodovate z elektriko, čeprav je to vedno ključnega pomena; To najbolj opozori odrasle in tudi otroci v srednji šoli se znajo izogibati mešanju vode s tokom v kakršni koli obliki, ne glede na to, ali poznajo fiziko ali ne. (V resnici obstajajo nekatere previdne ideje, kot je na primer, da boste verjetno šokirali, če se dotaknete plastičnega stikala za luč, ko so prsti mokri.)
Za zdaj je bolj pomembno vprašanje, kako vsaj "teče" elektrika nekateri tekočine, ko vsaj nekateri trdne snovi ga lahko vsebujejo. Je samo voda na ta način povezana z električno energijo? Kaj pa razlito mleko ali sok? In na splošno, katere lastnosti materije prispevajo k njeni vrednosti prevodnost?
Osnove električne energije
Pojav, znan kot elektrika, v resnici ni samo gibanje elektronov skozi nekakšen fizični medij ali material.
Morda ne mislite na zrak kot na material, ampak v resnici je zrak, bogat z različnimi molekulami, ki jih ne vidite, veliko katerih lahko sodeluje v električnem toku. Očitno ne vidite elektronov, tako da, če verjamete v elektriko, bi morali verjeti, da imajo osupljivo drobne stvari ogromno vlogo pri obnašanju vsakodnevnih materialov!
Različni materiali omogočajo prehajanje elektronov - in z njimi tudi njihovih električnih nabojev - do različnih stopenj, odvisno od posameznih molekulskih in atomskih struktur. Manj ko je trkov z drugimi drobnimi predmeti, ki jih doživljajo zadržni elektroni, lažje se prenašajo skozi zadevno zadevo.
Splošna enačba za tok je enaka I = V / R, kje jaz trenutni pretok v amperih, V je razlika električnega potenciala v voltih ("napetost") in R je upor v ohmih. Odpornost je povezana s prevodnostjo, saj se boste kmalu naučili.
Kaj je prevodnost?
Vodljivost ali bolj formalno električna prevodnost, je matematična mera zmožnosti materialov za vodenje električne energije. Predstavlja ga grška črka sigma (σ) in njegova enota SI (metrični sistem) je siemens na meter (S / m).
Vodljivost je le matematična vzajemnost upornost. Upornost je predstavljena z majhno grško črko rho (ρ) in se meri v ohm-metrih (Ωm), kar pomeni, da je S / m mogoče opisati tudi kot recipročni merilnik oma (1 / Ωm ali Ωm-1). Z razširitvijo lahko vidite, da je siemen vzajemno ohm. Od dirigiranje nekaj v resničnem svetu je ravno nasprotno upirati se njen prehod, to ima fizični smisel.
Vodljivost materiala je lastna lastnost tega materiala in ni povezana s tem, kako je sestavljen vezje ali drug sistem, ki ga v enoti siemens upošteva "na meter". Povezan je z odpornostjo materiala, pogosto žice pri fizikalnih težavah, ki vključujejo te situacije, z izrazom R = ρL / A kje L je dolžina, če je žica v m in A njegova površina prečnega prereza v m2.
Vodljivost proti prevodnosti
Kot je navedeno, prevodnost ni odvisna od nastavitve eksperimenta in je samo odraz tega, kako dani material (trden, tekoč ali plinast) "je." Nekateri materiali so seveda močni vodniki (in s tem slabi upori), medtem ko drugi lahko električno energijo šibko prenašajo ali pa sploh ne in naredijo dobre upore (ali električne izolatorje).
Z električnim vezjem lahko manipulirate z nastavitvijo, tako da lahko dobite poljubno raven toka, glede na kombinacijo elementov upora, ki jih vključite. Zato je označen odpor R in nima dolžine v svojih enotah; je merilo lastnosti sistema, ne pa materiala. Skladno s tem prevodnost (simbolizirano s črko G in merjeno v siemenih) deluje enako. Ampak to je običajno bolj priročno za uporabo R ali ρ kot je s tem G ali σ.
Kot analogija upoštevajte, da trener nogometne reprezentance lahko spremeni moč in hitrost svojih posameznih igralcev, toda na koncu ima vsaka nogometna ekipa enake bistvene omejitve: 11 človeških igralcev na stran, ki se razlikujejo po fizičnih zmogljivosti, vendar imajo enake osnovne lastnosti.
Električna prevodnost in voda: pregled
Najbolj šokantno, kar se boste naučili v tem članku (in to ni samo punka, iskreno!), Je, da je voda, strogo gledano, strašen prevodnik električne energije. Se pravi, čisti H2O (vodik in kisik v razmerju 2: 1) ne vodita električne energije.
Kot ste brez dvoma že zaključili, to pomeni, da je srečanje resnično čiste vode nekaj, kar se v bistvu nikoli ne zgodi. Celo v laboratorijskih razmerah lahko ioni (nabiti delci) enostavno "zaidejo" v vodo, ki je kondenzirana iz čiste pare, to je destilacije.
Voda iz cevi in neposredno iz naravnih virov je nenehno bogata z nečistočami, kot so minerali, kemikalije in raztopljene snovi. Seveda to ni nujno slabo; na primer vsa ta sol v oceanski vodi nekoliko olajša plavanje v morju, če je to vaša igra.
Namreč, namizna sol (natrijev klorid ali NaCl) je ena izmed bolj znanih snovi, ki lahko vodi, če raztopi v H, uniči vodo njene izolacijske lastnosti.2O.
Pomen prevodnosti v vodi
Prevodnost vode v ameriških rekah se giblje od približno 50 do 1.500 µS / cm. Notranji tokovi sladke vode, ki ribam omogočajo uspevanje, imajo običajno med 150 in 500 µS / cm. Višja ali nižja prevodnost lahko kaže, da voda ni primerna za nekatere vrste rib ali makroinvertebratete. Industrijske vode lahko dosegajo tudi do 10 000 µS / cm.
Vodljivost je posredno merilo na primer kakovosti vodne vode. Vsak vodni pot se ponaša z razmeroma konstantnim območjem, ki ga je mogoče uporabiti kot osnovno vodljivost standarda pitne vode. Redne ocene prevodnosti, opravljene z uporabo a merilnik prevodnosti vode. Večje spremembe prevodnosti bi lahko pomenile potrebo po čiščenju.
Toplotna prevodnost
Ta članek jasno govori o električni prevodnosti. Vendar v fiziki verjetno slišite za prevodnost toplote, kar je nekoliko drugače, ker se toplota meri v energiji, medtem ko elektrika, ki lahko daje energijo, ni.
Spremembe toplotne prevodnosti materialov ponavadi spreminjajo njegovo električno prevodnost, čeprav običajno ne v istem merilu. Zanimiva lastnost materialov je, da čeprav se med segrevanjem večina od njih slabše kondenzira (ker delci se hitreje in hitreje ko se temperatura dvigne, bolj verjetno "posegajo" v elektrone, to ne velja za razred materiali, imenovani polprevodniki.