Sadržaj
- Osnove električne energije
- Što je provodljivost?
- Vodljivost protiv provodljivosti
- Električna provodljivost i voda: pregled
- Važnost vodljivosti u vodi
- Toplinska vodljivost
Svatko tko provodi puno vremena oko bazena brzo otkriva da su ljudi općenito vrlo zabrinuti zbog električnih uređaja u blizini vode - tim više što su slučajno uključeni u struju.
To je, zapravo, u većini situacija u kojima postoji dovoljno rezervoara vode bilo gdje u blizini poznatih tokova električne struje. Zahvaljujući vodljivosti vode, đavolski zločin "toster u kadi" nešto je voljena klišeja u starim školama, priče o misterioznim ubojstvima.
Poanta ovdje nije da se možete ozlijediti strujom, mada je to uvijek bitno imati na umu; To je ono na što većina odraslih ljudi budno upozorava, a po pitanju djece srednjoškolske dobi znaju se usmjeriti na miješanje vode sa strujom u bilo kojem obliku, bilo da znaju fiziku ili ne. (Zapravo, neke pretjerano oprezne ideje traju, poput predodžbe da ćete vjerojatno dobiti šok ako toliko dodirnete plastični prekidač svjetla kada su vam prsti mokri.)
Zasad je važnije pitanje kako električna energija barem „teče“ neki tekućine kad barem neki krute tvari mogu ga sadržavati. Je li to samo voda koja na ovaj način komunicira s električnom energijom? Što je s prolivenim mlijekom ili sokom? I općenito, koja svojstva materije doprinose vrijednosti njezine provodljivost?
Osnove električne energije
Fenomen poznat kao elektricitet zapravo nije ništa drugo do kretanje elektroni kroz nekakav fizički medij ili materijal.
Možda zrak ne razmišljate kao o materijalu, ali u stvari, zrak bogat molekulima koje ne možete vidjeti, od kojih mnoge mogu i sudjeluju u električnom toku. Očito ne možete vidjeti elektrone, tako da ako vjerujete u električnu energiju, trebali biste vjerovati da zapanjujuće sitne stvari igraju ogromnu ulogu u ponašanju materijala svakodnevnice!
Različiti materijali omogućuju prolazak elektrona - a s njima i njihovih električnih naboja - do različitih stupnjeva, ovisno o njihovim pojedinačnim molekularnim i atomskim strukturama. Što se manje sudara s drugim sićušnim objektima koji doživljavaju komprimiranje elektrona, to se oni lakše prenose kroz materiju o kojoj je riječ.
Opća jednadžba struje je I = V / R, gdje ja strujni protok u amperima, V je razlika električnog potencijala u voltima ("naponu") i R je otpor u ohima. Otpor je povezan s vodljivošću, što ćete uskoro naučiti.
Što je provodljivost?
Vodljivost ili, formalno, više električna provodljivost, matematička je mjera sposobnosti materijala za vođenje električne energije. Zastupljeno je grčkim slovom sigma (σ) a njegova SI (metrički sustav) jedinica je siemens po metru (S / m).
Vodljivost je samo matematička uzajamnost otpor. Otpornost je predstavljena malim grčkim slovom rho (ρ), a mjeri se u ohm-metrima (Ωm), što znači da se S / m može opisati i kao recipročni omjer metra (1 / Ωm ili Ωm-1). Proširenjem možete vidjeti da je siemen recipročan om. Od provođenje nešto u stvarnom svijetu je suprotno odupirući njegov prolazak, to ima fizički smisao.
Vodljivost materijala je intrinzično svojstvo tog materijala i nije povezano s načinom sastavljanja kruga ili drugog sustava, što se u siemenskoj jedinici računa s "po metru". Povezana je s otporom materijala, često žice u fizičkim problemima koji uključuju ove situacije, izrazom R = ρL / A gdje L je duljina ako je žica u m i njegova površina presjeka u m2.
Vodljivost protiv provodljivosti
Kao što je napomenuto, vodljivost ne ovisi o postavljanju eksperimenta i samo je odraz kako neki materijal (kruti, tekući ili plinoviti) "jest". Neki materijali prirodno stvaraju jake vodiče (a time i slabe otpornike), dok drugi mogu slabo provoditi struju ili ih uopće ne smiju raditi i stvarati dobre otpornike (ili električne izolatore).
Pomoću električnog kruga možete manipulirati postavljanjem tako da možete dobiti bilo koju razinu struje koju volite s obzirom na kombinaciju elemenata otpora koje uključite. Zbog toga se označava otpor R i nema duljinu u svojim jedinicama; to je mjera svojstava sustava, a ne materijala. Prema tome, provodnost (simbolizirano slovom G i mjereno u siemensu) djeluje na isti način. Ali obično je praktičniji za upotrebu R ili ρ nego što je s tim ići G ili σ.
Kao analogija, uzmite u obzir da trener nogometnog tima može promijeniti snagu i brzinu svojih pojedinačnih igrača, ali na kraju, svaki postojeći nogometni tim ima ista osnovna ograničenja: 11 ljudskih igrača u stranu, različiti u fizičkom sposobnostima, ali imaju ista osnovna svojstva.
Električna provodljivost i voda: pregled
Najšokantnije što ćete naučiti u ovom članku (a to nije samo kazna, iskreno!) Je da je voda, strogo govoreći, užasan provodnik električne energije. To znači, čisti H2O (vodik i kisik u omjeru 2: 1) ne provode struju.
Kao što ste već nesumnjivo zaključili, to znači da je susret istinski čiste vode nešto što se u biti nikada ne događa. Čak iu laboratorijskim uvjetima, lako se ioni (nabijene čestice) mogu "uvući" u vodu koja je kondenzirana iz čiste pare, tj. Destilirana.
Voda iz cijevi i izravno iz prirodnih izvora neizmjerno je bogata nečistoćama poput minerala, kemikalija i raznih otopljenih tvari. To, naravno, nužno nije loše; na primjer, sva ta sol u oceanskoj vodi olakšava plutanje u moru ako je to vaša igra.
Kao što se događa, kuhinjska sol (natrijev klorid ili NaCl) jedna je od poznatijih tvari koja može otopiti vodu svojih izolacijskih svojstava kad je otopljena u H2O.
Važnost vodljivosti u vodi
Vodljivost vode u američkim rijekama kreće se široko, od oko 50 do 1500 µS / cm. Unutarnji tokovi slatke vode koji dopuštaju ribama da napreduju obično imaju između 150 i 500 µS / cm. Viša ili niža vodljivost može ukazivati na to da voda nije prikladna za određene vrste riba ili makroinvertebrate. Industrijske vode mogu se kretati do 10 000 µS / cm.
Provodljivost je neizravno mjerilo, na primjer, kakvoće vode. Svaki se plovni put može pohvaliti relativno konstantnim rasponom koji se može koristiti kao osnovna vodljivost standarda pitke vode. Redovita procjena vodljivosti provedena korištenjem a mjerač vodljivosti vode, Velike promjene vodljivosti mogle bi ukazivati na potrebu čišćenja.
Toplinska vodljivost
Ovaj članak je jasno o električnoj vodljivosti. Međutim, u fizici vjerovatno ćete čuti za provođenje topline, što je malo drugačije, jer se toplina mjeri energijom, dok električna energija, koja može osigurati energiju, nije.
Promjene u toplinskoj vodljivosti materijala imaju tendenciju paralelnih promjena u njegovoj električnoj vodljivosti, ali obično ne na istoj skali. Jedno zanimljivo svojstvo materijala je da iako se oni zagrijavaju, dok većina zagrijava vodiče (kako se čestice vrte brže i brže kako temperatura raste, veća je vjerojatnost da će se „uplitati“ u elektrone), to se ne odnosi na klasu materijali koji se nazivaju poluvodiči.