Hvorfor er ledningsevne vigtig?

Enhver, der tilbringer meget tid omkring en swimmingpool, opdager hurtigt, at folk generelt er meget bekymret over at have elektriske apparater i nærheden af ​​vandet - så meget mere hvis de tilfældigvis er tilsluttet i.

Dette gælder faktisk for de fleste situationer, hvor der findes et tilstrækkeligt vandreservoir overalt i nærheden af ​​kendte strømme af elektrisk strøm. Takket være vandets ledningsevne er den djævelske "brødrister i badekarret" noget af en elsket kliche i historier om mord-mysterier fra den gamle skole.

Pointen her er ikke, at du kan skade dig selv med elektricitet, selvom det altid er vigtigt at huske på; det er, at de fleste opmærksomme voksne, og for den sags skyld, gymnasiebørn ved at undgå at blande vand med strøm i enhver form, hvad enten de kender fysik eller ej. (Faktisk vedvarer nogle alt for forsigtige ideer, såsom forestillingen om, at du sandsynligvis vil få et chok, hvis du så meget som rører ved en plastikafbryder, når dine fingre er våde.)

Mere vigtigt for tiden er spørgsmålet om, hvordan elektricitet "strømmer" i det mindste

Fænomenet kendt som elektricitet er egentlig ikke mere end bevægelsen afelektronergennem en slags fysisk medium eller materiale.

Du tænker måske ikke på luft som et materiale, men faktisk luft rig på forskellige molekyler, du ikke kan se, hvoraf mange kan og deltager i elektrisk strøm. Du kan tydeligvis ikke se elektroner, så hvis du tror på elektricitet, skal du tro, at forbløffende små ting spiller en enorm rolle i opførelsen af ​​hverdagens materialer!

Forskellige materialer tillader denne passage af elektroner - og med dem deres elektriske ladninger - i forskellige grader afhængigt af deres individuelle molekylære og atomare strukturer. Jo færre kollisioner med andre små genstande, der opleves ved lynlåsning af elektroner, jo lettere overføres de gennem den pågældende sag.

Den generelle ligning for strømmen er

hvorjeger strøm i ampere,Ver elektrisk potentialforskel i volt ("spænding") ogRer modstanden i ohm. Modstand er relateret til ledningsevne, som du snart vil lære.

Ledningsevne, eller mere formeltelektrisk ledning, er et matematisk mål for et materiales evne til at lede elektricitet. Det er repræsenteret af det græske bogstav sigma(σ)og dets SI (metriske system) enhed ersiemen pr. meter (S / m)​.

• Siemenerne kaldes også amho, som er "ohm" stavet baglæns. Dette udtryk var dog ude af almindelig brug i slutningen af ​​det 20. århundrede.

Ledningsevne er bare den matematiske gensidighed afmodstand.Resistivitet er repræsenteret af det lille græske bogstav rho (ρ) og måles i ohm-meter (Ωm), hvilket betyder, at S / m også kan beskrives som en gensidig ohm-meter (1 / Ωm eller Ωm^-1). I forlængelse heraf kan du se, at en sæd er den gensidige af en ohm. Sidendirigerenoget sammen i den virkelige verden er det modsatte afmodstådens passage, dette giver fysisk mening.

Ledningsevnen af ​​et materiale er en iboende egenskab af dette materiale og ikke relateret til, hvordan et kredsløb eller andet system er samlet, hvilket er beregnet af "per meter" i siemen-enheden. Det er relateret til et materiales modstand, ofte en ledning i fysikproblemer, der involverer disse situationer, ved udtrykket

hvorLer længden, hvis ledningen i m ogENdets tværsnitsareal i m².

Som nævnt afhænger ledningsevne ikke af eksperimentel opsætning og er kun en afspejling af, hvordan et givet materiale (fast, flydende eller gasformigt) "er." Nogle materialer lav naturligt stærke ledere (og dermed dårlige modstande), mens andre kan lede elektricitet svagt eller slet ikke og skabe gode modstande (eller elektriske isolatorer).

Med et elektrisk kredsløb kan du manipulere opsætningen, så du kan få det aktuelle strømniveau, du kan lide, uanset hvilken kombination af modstandselementer du inkluderer. Dette er grunden til modstandRog har ingen længde i sine enheder; det er et mål for et systems egenskaber, ikke et materiales. Derfor,ledningsevne(symboliseret ved bogstavetGog målt i siemen) fungerer på samme måde. Men det er normalt mere praktisk at brugeRellerρend det er at gå medGellerσ​.

Overvej som en analogi, at træneren til et fodboldhold kan ændre styrken og hastigheden for sine individuelle spillere, men i sidste ende er hver fodbold hold i eksistens har de samme væsentlige begrænsninger: 11 menneskelige spillere til side, der varierer i deres fysiske evner, men har de samme grundlæggende ejendomme.

Det mest chokerende, du lærer i denne artikel (og det er ikke bare et ordspil, ærligt!) Er, at vand strengt taget er en forfærdelig leder af elektricitet. Det vil sige ren H₂O (brint og ilt i forholdet 2: 1) leder ikke elektricitet.

Som du utvivlsomt allerede har konkluderet, betyder det, at det at møde virkelig rent vand er noget, der stort set aldrig sker. Selv i laboratorieindstillinger er det let for ioner (ladede partikler) at "snige sig" ned i vand, der er blevet kondenseret af ren damp, dvs. destilleret.

Vand fra rør og direkte fra naturlige kilder er altid rig på urenheder som mineraler, kemikalier og forskellige opløste stoffer. Dette er naturligvis ikke nødvendigvis en dårlig ting; alt det salt i havvand gør det for eksempel lidt lettere at flyde i havet, hvis det er dit spil.

Når det sker, er bordsalt (natriumchlorid eller NaCl) et af de bedre kendte stoffer, der kan fratage vand dets isolerende egenskaber, når de opløses i H₂O.

Vandets ledningsevne i amerikanske floder ligger bredt fra ca. 50 til 1.500 µS / cm. Indlands ferskvandsstrømme, der tillader fisk at trives, har en tendens til at have mellem 150 og 500 µS / cm. Højere eller lavere ledningsevne kan indikere, at vandet ikke er egnet til visse fiskearter eller makrohvirvelløse dyr. Industrielle farvande kan variere så højt som 10.000 µS / cm.

Ledningsevne er et indirekte mål for f.eks. Vandvandskvalitet. Hver vandvej har et relativt konstant område, der kan bruges som basisledningsevne for drikkevandsstandard. Regelmæssige konduktivitetsvurderinger udført ved hjælp af envandledningsmåler. Store ændringer i ledningsevne kan signalere behovet for en oprydningsindsats.

Denne artikel handler klart om elektrisk ledningsevne. I fysik vil du dog sandsynligvis høre om ledning af varme, som er lidt anderledes, fordi varme måles i energi, mens elektricitet, som kan levere energi, ikke er.

Ændringer i materialets varmeledningsevne har tendens til parallelle ændringer i dets elektriske ledningsevne, men normalt ikke i samme skala. En interessant egenskab ved materialer er, at mens de fleste af dem bliver dårligere ledere, når de opvarmes (som partikler suser hurtigere rundt og hurtigere, når temperaturen stiger, er de mere tilbøjelige til at "interferere" med elektroner), dette gælder ikke for en klasse af materialer kaldet halvledere.