يكتشف أي شخص يقضي الكثير من الوقت حول حمام السباحة بسرعة أن الناس بشكل عام للغاية قلقون بشأن وجود أجهزة كهربائية بالقرب من الماء - خاصة إذا تم توصيلها في.
هذا صحيح ، في الواقع ، في معظم الحالات التي يوجد فيها خزان ماء كافٍ في أي مكان بالقرب من التدفقات المعروفة للتيار الكهربائي. بفضل موصلية الماء ، فإن جريمة "المحمصة في حوض الاستحمام" الشيطانية هي شيء من الكليشيهات المحببة في المدرسة القديمة ، وقصص القتل والغموض.
النقطة هنا ليست أنه يمكنك إيذاء نفسك بالكهرباء ، على الرغم من أن هذا أمر حيوي دائمًا ؛ هذا هو أن معظم البالغين ، وأطفال المدارس المتوسطة ، يعرفون كيف يبتعدون عن خلط الماء بالتيار بأي شكل سواء كانوا يعرفون الفيزياء أم لا. (في الواقع ، لا تزال هناك بعض الأفكار شديدة الحذر ، مثل فكرة أنك من المحتمل أن تصاب بصدمة إذا لمست مفتاح الضوء البلاستيكي عندما تكون أصابعك مبللة).
والأهم في الوقت الحالي هو السؤال عن كيفية "تدفق" الكهرباء على الأقلبعضعندما السوائل على الأقلبعضالمواد الصلبة يمكن أن تحتوي عليه. هل هو مجرد ماء يتفاعل مع الكهرباء بهذه الطريقة؟ ماذا عن الحليب المسكوب أو العصير؟ وبشكل أعم ، ما هي خصائص المادة التي تساهم في قيمة ما لهاالتوصيل?
أساسيات الكهرباء
الظاهرة المعروفة بالكهرباء هي في الحقيقة ليست أكثر من حركةالإلكتروناتمن خلال نوع من الوسط المادي أو المادي.
قد لا تفكر في الهواء على أنه مادة ، ولكن في الواقع ، الهواء الغني بالجزيئات المختلفة التي لا يمكنك رؤيتها ، يمكن أن يشارك الكثير منها في التدفق الكهربائي. من الواضح أنك لا تستطيع رؤية الإلكترونات ، لذلك إذا كنت تؤمن بالكهرباء ، يجب أن تصدق أن الأشياء الصغيرة للغاية تلعب دورًا كبيرًا في سلوك المواد اليومية!
تسمح المواد المختلفة بمرور الإلكترونات - ومعها ، شحناتها الكهربائية - بدرجات مختلفة اعتمادًا على هياكلها الجزيئية والذرية الفردية. كلما قل عدد الاصطدامات مع الأجسام الصغيرة الأخرى التي تتعرض لها الإلكترونات ، زادت سهولة نقلها عبر المادة المعنية.
المعادلة العامة لتدفق التيار هي
أنا = \ frac {V} {R}
أينأناهو التدفق الحالي بالأمبير ،الخامسهو فرق الجهد الكهربائي بالفولت ("الجهد") وصهي المقاومة بالأوم. ترتبط المقاومة بالموصلية الكهربائية ، كما ستتعلم قريبًا.
ما هي الموصلية؟
الموصلية ، أو أكثر بشكل رسميالتوصيل الكهربائي، هو مقياس رياضي لقدرة المادة على توصيل الكهرباء. يتم تمثيله بالحرف اليوناني سيجما(σ)ووحدة SI (النظام المتري) هيسيمنز لكل متر (S / م).
- يُطلق على سيمنز أيضًا اسممو، وهي "أوم" مكتوبة بالخلف. ومع ذلك ، فقد خرج هذا المصطلح من الاستخدام الشائع بحلول نهاية القرن العشرين.
الموصلية هي فقط مقلوب رياضي لـالمقاومة النوعية.يتم تمثيل المقاومة بالحرف اليوناني الصغير rho (ρ) ويتم قياسه بوحدة أوم متر (Ωm) ، مما يعني أنه يمكن أيضًا وصف S / m على أنه مقياس أوم متبادل (1 / Ωm أو m-1). بالامتداد ، يمكنك أن ترى أن Siemen هو مقلوب أوم. حيثإجراءشيء ما في العالم الحقيقي هو عكسمقاومةمروره ، وهذا منطقي فيزيائي.
تعتبر موصلية المادة خاصية جوهرية لتلك المادة ولا علاقة لها بكيفية تجميع الدائرة أو أي نظام آخر ، والتي يتم حسابها بواسطة "لكل متر" في وحدة سيمنز. يرتبط بمقاومة مادة ما ، غالبًا ما يكون سلكًا في المشكلات الفيزيائية التي تنطوي على هذه المواقف ، من خلال التعبير
R = \ frac {\ rho L} {A}
أينإلهو طول السلك بالمتر وأمساحتها المقطعية بالمتر2.
الموصلية مقابل. تصرف
كما لوحظ ، لا تعتمد الموصلية على الإعداد التجريبي وهي مجرد انعكاس لكيفية وجود مادة معينة (صلبة أو سائلة أو غازية). بعض المواد بشكل طبيعي يصنع موصلات قوية (وبالتالي مقاومات ضعيفة) بينما يمكن للآخرين توصيل الكهرباء بشكل ضعيف أو لا يعمل على الإطلاق ويصنع مقاومات جيدة (أو كهربائية عوازل).
باستخدام الدائرة الكهربائية ، يمكنك التلاعب بالإعداد بحيث يمكنك الحصول على أي مستوى من التيار يعجبك بالنظر إلى أي مجموعة من عناصر المقاومة التي تقوم بتضمينها. هذا هو سبب تحديد المقاومةصوليس لها طول بوحداتها ؛ إنه مقياس لخصائص النظام ، وليس خصائص المادة. وفقا لذلك،تصرف(يرمز لها بالحرفجيويتم قياسه بالسيمنز) بنفس الطريقة. لكنه عادة ما يكون أكثر ملاءمة للاستخدامصأوρمما هو عليهجيأوσ.
على سبيل القياس ، ضع في اعتبارك أن مدرب فريق كرة قدم يمكنه تغيير قوة وسرعة لاعبيه الفرديين ، ولكن في النهاية ، كل كرة قدم الفريق الموجود لديه نفس القيود الأساسية: 11 لاعبًا بشريًا إلى جانب ، تختلف في قدراتهم البدنية ولكن لديهم نفس الأساسيات الخصائص.
التوصيل الكهربائي والمياه: نظرة عامة
الشيء الأكثر إثارة للصدمة الذي ستتعلمه في هذا المقال (وهذا ليس مجرد لعبة تورية ، بصراحة!) هو أن الماء ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، هو موصل رهيب للكهرباء. وهذا يعني ، H النقي2O (الهيدروجين والأكسجين بنسبة 2: 1) لا يوصل الكهرباء.
كما لا شك لديك بالفعل ، فإن هذا يعني أن مواجهة المياه النقية حقًا شيء لا يحدث أبدًا. حتى في بيئة المختبر ، من السهل على الأيونات (الجسيمات المشحونة) أن "تتسلل" إلى الماء الذي تم تكثيفه من البخار النقي ، أي المقطر.
المياه من الأنابيب ومن المصادر الطبيعية غنية دائمًا بالشوائب مثل المعادن والكيماويات والمواد الذائبة المتنوعة. هذا ليس بالضرورة أمرًا سيئًا بالطبع ؛ كل هذا الملح الموجود في مياه المحيط ، على سبيل المثال ، يجعل من السهل قليلاً أن تطفو في البحر إذا كانت هذه هي لعبتك.
كما يحدث ، يعد ملح الطعام (كلوريد الصوديوم أو كلوريد الصوديوم) أحد المواد المعروفة التي يمكن أن تحرم الماء من خصائصه العازلة عند إذابته في H2س.
أهمية التوصيل في الماء
تتراوح موصلية المياه في أنهار الولايات المتحدة على نطاق واسع ، من حوالي 50 إلى 1500 ميكروغرام / سم. تميل تيارات المياه العذبة الداخلية التي تسمح للأسماك بالازدهار إلى أن يتراوح حجمها بين 150 و 500 ميكرو سيمنز / سم. قد تشير الموصلية العالية أو المنخفضة إلى أن الماء غير مناسب لأنواع معينة من الأسماك أو اللافقاريات الكبيرة. يمكن أن تصل المياه الصناعية إلى 10000 ميكرومتر / سم.
الموصلية هي مقياس غير مباشر ، على سبيل المثال ، جودة مياه التيار. يتميز كل مجرى مائي بنطاق ثابت نسبيًا يمكن استخدامه كموصلية أساسية لمعيار مياه الشرب. تقييمات التوصيل المنتظمة تتم باستخدام أمقياس توصيل المياه. قد تشير التغييرات الرئيسية في الموصلية إلى الحاجة إلى جهود التنظيف.
توصيل حراري
من الواضح أن هذه المقالة تتعلق بالتوصيل الكهربائي. على الرغم من ذلك ، في الفيزياء ، من المحتمل أن تسمع عن توصيل الحرارة ، والذي يختلف قليلاً لأن الحرارة تقاس بالطاقة بينما الكهرباء ، التي يمكن أن توفر الطاقة ، ليست كذلك.
تميل التغييرات في الموصلية الحرارية للمادة إلى تغييرات موازية في التوصيل الكهربائي لها ، وإن لم تكن عادةً على نفس المقياس. إحدى الخصائص المثيرة للاهتمام للمواد هي أنه في حين أن معظمهم يصبحون موصلين ضعيفين عند تسخينهم (حيث تنطلق الجزيئات بشكل أسرع وأسرع مع ارتفاع درجة الحرارة ، فمن المرجح أن "تتداخل" مع الإلكترونات) ، وهذا لا ينطبق على فئة من المواد تسمى أشباه الموصلات.