Защо е важна проводимостта?

Всеки, който прекарва много време около плувен басейн, бързо открива, че хората обикновено са много загрижени за наличието на електрически устройства близо до водата - още повече, ако случайно бъдат включени в.

Това всъщност е вярно за повечето ситуации, когато има достатъчно резервоар с вода някъде близо до известни потоци от електрически ток. Благодарение на проводимостта на водата, дяволското престъпление "тостер във ваната" е нещо като обичано клише в историите за стари училища и мистерии.

Въпросът тук не е, че можете да си навредите с електричество, макар че това винаги е жизненоважно да се има предвид; това е, че най-будните възрастни и в този смисъл децата в средното училище знаят да се пазят от смесване на вода с ток под каквато и да е форма, независимо дали знаят физика или не. (Всъщност някои твърде предпазливи идеи продължават да съществуват, като идеята, че вероятно ще получите шок, ако докоснете пластмасов превключвател на светлината, когато пръстите ви са мокри.)

Засега по-важен е въпросът как най-малкото „тече“ електричеството

Феноменът, известен като електричество, всъщност не е повече от движението наелектроничрез някакъв физически носител или материал.

Може да не мислите за въздуха като за материал, но всъщност въздухът, богат на различни молекули, които не можете да видите, много от които могат и участват в електрическия поток. Явно не виждате електрони, така че ако вярвате в електричеството, трябва да вярвате, че изумително малките неща играят огромна роля в поведението на ежедневните материали!

Различните материали позволяват това преминаване на електрони - а заедно с тях и техните електрически заряди - в различна степен в зависимост от техните индивидуални молекулни и атомни структури. Колкото по-малко са сблъсъците с други малки обекти, преживявани чрез цип на електрони, толкова по-лесно те се предават през въпросната материя.

Общото уравнение за текущия поток е

къдетоАзе текущ поток в ампери,Vе електрическата потенциална разлика във волта ("напрежение") иRе съпротивлението в ома. Съпротивлението е свързано с проводимостта, както скоро ще научите.

Проводимост или по-формалноелектрическа проводимост, е математическа мярка за способността на материала да провежда електричество. Представен е от гръцката буква сигма(σ)и неговата единица SI (метрична система) еСименс на метър (S / m)​.

• Сименсът се нарича още аmho, което е "ом", написано назад. Този термин обаче е излязъл от обичайната употреба в края на 20-ти век.

Проводимостта е просто математическата реципрочна насъпротивление.Съпротивлението е представено от малката гръцка буква rho (ρ) и се измерва в ома метри (Ωm), което означава, че S / m може да се опише и като реципрочен омметър (1 / Ωm или Ωm^-1). Като разширение можете да видите, че siemen е реципрочната стойност на ома. Отдирижираненещо в реалния свят е противоположно насъпротивляваненеговото преминаване, това има физически смисъл.

Проводимостта на даден материал е присъщо свойство на този материал и не е свързана с начина на сглобяване на верига или друга система, което се отчита чрез "на метър" в единицата siemens. Той е свързан с устойчивостта на материал, често жица при физически проблеми, включващи тези ситуации, от израза

къдетоLе дължината, ако жицата в m иAплощта му на напречно сечение в m².

Както беше отбелязано, проводимостта не зависи от експерименталната настройка и е просто отражение на това как даден материал (твърд, течен или газообразен) е "." Някои материали естествено правят силни проводници (и по този начин лоши резистори), докато други могат да провеждат електричество слабо или изобщо не и да правят добри резистори (или електрически изолатори).

С електрическа верига можете да манипулирате настройката, така че да можете да получите каквото и да е ниво на ток, което ви харесва, независимо от комбинацията от елементи на съпротивлението, които включите. Ето защо се определя съпротивлениетоRи няма дължина в своите единици; това е мярка за свойствата на системата, а не за материала. Съответно,проводимост(символизирано от букватаGи измерена в siemens) работи по същия начин. Но обикновено е по-удобно за използванеRилиρотколкото е да отида сGилиσ​.

Като аналогия помислете, че треньорът на футболен отбор може да промени силата и скоростта на отделните си играчи, но в крайна сметка всеки футбол съществуващият отбор има същите основни ограничения: 11 играчи настрани, различаващи се във физическите си възможности, но имащи същите основни Имоти.

Най-шокиращото нещо, което ще научите в тази статия (и това не е просто игра на думи, честно!) Е, че водата, строго погледнато, е ужасен проводник на електричество. Тоест чисто H₂O (водородът и кислородът в съотношение 2: 1) не провеждат електричество.

Както вече несъмнено сте заключили, това означава, че срещата с наистина чиста вода е нещо, което по същество никога не се случва. Дори в лабораторни условия е лесно за йони (заредени частици) да се "промъкнат" във вода, която е кондензирана от чиста пара, т.е. дестилирана.

Водата от тръбите и директно от естествени източници неизменно е богата на примеси като минерали, химикали и различни разтворени вещества. Това не е непременно лошо, разбира се; цялата тази сол в океанската вода например улеснява 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 лишат водата от нейните изолационни свойства, когато се разтвори в Н₂О.

Проводимостта на водата в американските реки варира в широки граници, от около 50 до 1500 µS / cm. Вътрешните сладководни потоци, които позволяват на рибите да процъфтяват, обикновено имат между 150 и 500 µS / cm. По-високата или по-ниската проводимост може да означава, че водата не е подходяща за определени видове риби или макро безгръбначни. Промишлените води могат да достигнат до 10 000 µS / cm.

Проводимостта е косвена мярка например за качеството на поточната вода. Всеки воден път може да се похвали с относително постоянен обхват, който може да се използва като стандартна проводимост на питейната вода. Редовни оценки на проводимостта, направени с помощта на aводомер за проводимост. Основните промени в проводимостта могат да сигнализират за необходимостта от усилия за почистване.

Тази статия е ясно за електрическата проводимост. Във физиката обаче най-вероятно ще чуете за проводимостта на топлината, която е малко по-различна, тъй като топлината се измерва в енергия, докато електричеството, което може да осигури енергия, не е така.

Промените в топлопроводимостта на материала имат тенденция към 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-лоши проводници, докато се нагряват (тъй като частиците се извиват по-бързо и по-бързо, когато температурата се покачва, те са по-склонни да "пречат" на електроните), това не е вярно за клас материали, наречени полупроводници.