Proč je vodivost důležitá?

Každý, kdo tráví hodně času u bazénu, rychle zjistí, že lidé jsou obecně velmi dobří obavy z toho, že budou elektrická zařízení blízko vody - o to více, pokud jsou náhodou zapojena v.

To ve skutečnosti platí pro většinu situací, kdy existuje dostatečný rezervoár vody kdekoli poblíž známých toků elektrického proudu. Díky vodivosti vody je ďábelský zločin „toustovač ve vaně“ něco jako milované klišé ve starých školních příbězích o vraždách a záhadách.

Nejde o to, že byste si mohli ublížit elektřinou, i když je to vždy důležité mít na paměti; je to to, že nejvíce ostražití dospělí, a na to přijdou děti ze středních škol, vědí, že se vyhýbají míchání vody s proudem v jakékoli formě, ať už znají fyziku nebo ne. (Ve skutečnosti přetrvávají některé příliš opatrné nápady, například představa, že byste pravděpodobně dostali šok, pokud se dotknete plastového spínače světla, když máte mokré prsty.)

Prozatím je důležitější otázka, jak alespoň „teče“ elektřinanějakýminimálně tekutinynějakýpevné látky to mohou obsahovat. Je to jen voda, která tímto způsobem interaguje s elektřinou? A co rozlité mléko nebo džus? A obecněji, jaké vlastnosti hmoty přispívají k hodnotě toho

Fenomén známý jako elektřina není ve skutečnosti nic jiného než pohybelektronyprostřednictvím nějakého fyzického média nebo materiálu.

Možná si nebudete myslet na vzduch jako na materiál, ale ve skutečnosti vzduch bohatý na různé molekuly, které nevidíte, z nichž mnoho se může a také účastní elektrického proudu. Obyčejně nevidíte elektrony, takže pokud věříte v elektřinu, měli byste věřit, že v chování každodenních materiálů hrají ohromnou roli úžasně malé věci!

Různé materiály umožňují tento průchod elektronů - a spolu s nimi i jejich elektrické náboje - v různé míře v závislosti na jejich jednotlivých molekulárních a atomových strukturách. Čím méně kolizí s jinými drobnými objekty zažívá zipování elektronů, tím snadněji jsou přenášeny danou hmotou.

Obecná rovnice pro tok proudu je

kdeJáje proudový proud v ampérech,PROTIje rozdíl elektrického potenciálu ve voltech ("napětí") aRje odpor v ohmech. Jak se brzy dozvíte, odpor souvisí s vodivostí.

Vodivost, nebo více formálněelektrická vodivost, je matematická míra schopnosti materiálu vést elektřinu. Představuje to řecké písmeno sigma(σ)a jeho jednotka SI (metrický systém) jesiemens na metr (S / m)​.

• Siemens se také nazývá amho, což je „ohm“ hláskováno dozadu. Tento termín však z běžného používání odpadl na konci 20. století.

Vodivost je pouze matematická reciprocitaodpor.Odpor je reprezentován malým řeckým písmenem rho (ρ) a měří se v ohmmetrech (Ωm), což znamená, že S / m lze také popsat jako reciproční ohmmetr (1 / Ωm nebo Ωm^-1). Podle rozšíření můžete vidět, že siemen je převrácená hodnota ohmu. Od té dobyvedeníněco ve skutečném světě je opakemvzdorovatjeho průchod, to dává fyzický smysl.

Vodivost materiálu je vnitřní vlastností tohoto materiálu a nesouvisí s tím, jak je sestaven obvod nebo jiný systém, což se počítá podle „na metr“ v jednotce siemens. Souvisí to s odporem materiálu, často drátem ve fyzických problémech zahrnujících tyto situace, výrazem

kdeLje délka, pokud je vodič vm aAjeho průřez vm².

Jak již bylo uvedeno, vodivost nezávisí na experimentálním uspořádání a je pouze odrazem toho, jak je daný materiál (pevný, kapalný nebo plynný) „“. Některé materiály přirozeně vytvářejí silné vodiče (a tedy špatné odpory), zatímco ostatní mohou vést elektřinu slabě nebo vůbec ne a vytvářejí dobré odpory (nebo elektrické izolátory).

S elektrickým obvodem můžete manipulovat s nastavením tak, abyste získali jakoukoli úroveň proudu, která se vám líbí, vzhledem k jakékoli kombinaci odporových prvků, které zahrnete. Proto je určen odporRa ve svých jednotkách nemá délku; je to míra vlastností systému, nikoli materiálu. V souladu s tímvodivost(symbolizováno dopisemGa měřeno v siemens) funguje stejným způsobem. Obvykle je však pohodlnější používatRneboρnež to má býtGneboσ​.

Analogicky zvažte, že trenér fotbalového týmu může změnit sílu a rychlost svých jednotlivých hráčů, ale nakonec každý fotbal existující tým má stejná základní omezení: 11 lidských hráčů na stranu, kteří se liší ve svých fyzických schopnostech, ale mají stejné základní vlastnosti.

Nejšokující věcí, kterou se v tomto článku dozvíte (a není to jen hříčka, upřímně!), Je to, že voda je, přesně řečeno, hrozný vodič elektřiny. To znamená, čistý H₂O (vodík a kyslík v poměru 2: 1) nevede elektřinu.

Jak jste již nepochybně dospěli k závěru, znamená to, že setkání se skutečně čistou vodou je něco, co se v zásadě nikdy nestane. I v laboratorním prostředí je pro ionty (nabité částice) snadné „vplížit se“ do vody kondenzované z čisté páry, tj. Destilované.

Voda z potrubí a přímo z přírodních zdrojů je vždy bohatá na nečistoty, jako jsou minerály, chemikálie a různé rozpuštěné látky. To samozřejmě nemusí být špatná věc; například celá ta sůl ve vodě oceánu usnadňuje plavání v moři, pokud je to vaše hra.

Jak se stává, kuchyňská sůl (chlorid sodný nebo NaCl) je jednou z nejznámějších látek, která při rozpuštění v H může okrást vodu o její izolační vlastnosti.₂Ó.

Vodivost vody v amerických řekách se pohybuje v širokém rozmezí od asi 50 do 1 500 µS / cm. Vnitrozemské sladkovodní toky, které umožňují rybám prospívat, mají tendenci mít mezi 150 a 500 µS / cm. Vyšší nebo nižší vodivost může naznačovat, že voda není vhodná pro určité druhy ryb nebo makroobratlovců. Průmyslové vody se mohou pohybovat až 10 000 µS / cm.

Vodivost je nepřímým měřítkem například kvality vody v proudu. Každá vodní cesta se může pochlubit relativně konstantním rozsahem, který lze použít jako základní vodivost standardu pitné vody. Pravidelná hodnocení vodivosti prováděná pomocí avodoměr vody. Velké změny ve vodivosti by mohly signalizovat potřebu čisticího úsilí.

Tento článek je jasně o elektrické vodivosti. Ve fyzice však pravděpodobně uslyšíte o vedení tepla, které je trochu jiné, protože teplo se měří v energii, zatímco elektřina, která může dodávat energii, tomu tak není.

Změny tepelné vodivosti materiálu mají sklon k paralelním změnám jeho elektrické vodivosti, i když ne obvykle ve stejném měřítku. Jednou zajímavou vlastností materiálů je, že zatímco většina z nich se při zahřívání stávají horšími vodiči (protože částice sviští rychleji) a rychleji, jak teplota stoupá, je větší pravděpodobnost, že „interferují“ s elektrony), to neplatí pro třídu materiálů zvaných polovodiče.