Warum ist Leitfähigkeit wichtig?

Wer viel Zeit in einem Schwimmbad verbringt, stellt schnell fest, dass die Menschen generell sehr Sorgen um elektrische Geräte in der Nähe des Wassers – umso mehr, wenn sie einmal eingesteckt sind im.

Dies trifft in der Tat für die meisten Situationen zu, in denen ein ausreichender Wasservorrat irgendwo in der Nähe bekannter elektrischer Stromflüsse vorhanden ist. Dank der Leitfähigkeit von Wasser ist das teuflische Verbrechen "Toaster in der Badewanne" so etwas wie ein beliebtes Klischee in Kriminalgeschichten der alten Schule.

Der Punkt hier ist nicht, dass Sie sich mit Elektrizität verletzen können, obwohl es immer wichtig ist, daran zu denken; es ist so, dass die meisten wachsamen Erwachsenen, und übrigens auch Mittelschüler, wissen, dass sie sich davon fernhalten müssen, Wasser in irgendeiner Form mit Strom zu mischen, ob sie nun Physik kennen oder nicht. (Tatsächlich bleiben einige übermäßig vorsichtige Ideen bestehen, wie zum Beispiel die Vorstellung, dass Sie wahrscheinlich einen Schock bekommen, wenn Sie auch nur einen Plastiklichtschalter berühren, wenn Ihre Finger nass sind.)

Wichtiger ist vorerst die Frage, wie der Strom zumindest „einfließt“etwasFlüssigkeiten, wenn mindestensetwasFeststoffe können es enthalten. Ist es nur Wasser, das auf diese Weise mit Elektrizität interagiert? Was ist mit verschütteter Milch oder Saft? Und ganz allgemein, welche Eigenschaften der Materie tragen zum Wert ihrerLeitfähigkeit​?

Das als Elektrizität bekannte Phänomen ist eigentlich nicht mehr als die Bewegung vonElektronendurch ein physikalisches Medium oder Material.

Sie können sich Luft nicht als Material vorstellen, aber tatsächlich Luft, die reich an verschiedenen Molekülen ist, die Sie nicht sehen können, von denen viele am elektrischen Fluss teilnehmen können und dies auch tun. Elektronen kann man einfach nicht sehen, wenn man also an Elektrizität glaubt, sollte man glauben, dass erstaunlich kleine Dinge eine große Rolle im Verhalten alltäglicher Materialien spielen!

Unterschiedliche Materialien ermöglichen diesen Durchgang von Elektronen – und mit ihnen ihre elektrischen Ladungen – je nach ihrer individuellen molekularen und atomaren Struktur unterschiedlich stark. Je weniger Kollisionen mit anderen winzigen Objekten beim Zippen von Elektronen auftreten, desto leichter werden sie durch die fragliche Materie übertragen.

Die allgemeine Gleichung für den Stromfluss lautet

woichist der Stromfluss in Ampere,Vist die elektrische Potentialdifferenz in Volt ("Spannung") undRist der Widerstand in Ohm. Der Widerstand hängt mit der Leitfähigkeit zusammen, wie Sie bald erfahren werden.

Leitfähigkeit, oder formalerelektrischer Leitwert, ist ein mathematisches Maß für die Fähigkeit eines Materials, Elektrizität zu leiten. Es wird durch den griechischen Buchstaben Sigma. dargestellt(σ)und seine SI-Einheit (metrisches System) ist dieSiemens pro Meter (S/m)​.

• Der Siemens wird auch als a. bezeichnetmho, was "Ohm" rückwärts geschrieben ist. Dieser Begriff war jedoch Ende des 20. Jahrhunderts aus dem allgemeinen Gebrauch gefallen.

Leitfähigkeit ist nur der mathematische Kehrwert vonWiderstand.Der spezifische Widerstand wird durch den kleinen griechischen Buchstaben rho (ρ) dargestellt und wird in Ohm-Meter (Ωm) gemessen, was bedeutet, dass S/m auch als reziprokes Ohm-Meter (1/Ωm oder Ωm^-1). Als Erweiterung können Sie sehen, dass ein Siemens der Kehrwert eines Ohms ist. Schon seitdirigierenetwas in der realen Welt ist das Gegenteil vonWiderstand leistenseine Passage, dies macht physikalisch Sinn.

Die Leitfähigkeit eines Materials ist eine intrinsische Eigenschaft dieses Materials und unabhängig davon, wie ein Stromkreis oder ein anderes System aufgebaut ist, was durch die "pro Meter" in der Siemens-Einheit berücksichtigt wird. Es bezieht sich auf den Widerstand eines Materials, oft ein Draht in physikalischen Problemen, die diese Situationen betreffen, durch den Ausdruck

woList die Länge, wenn der Draht in m undEINseine Querschnittsfläche in m².

Wie bereits erwähnt, hängt die Leitfähigkeit nicht vom experimentellen Aufbau ab und spiegelt nur wider, wie ein bestimmtes Material (fest, flüssig oder gasförmig) "ist". Einige Materialien machen natürlich starke Leiter (und damit schlechte Widerstände), während andere Elektrizität schwach oder gar nicht leiten können und gute Widerstände (oder elektrische Isolatoren).

Mit einer elektrischen Schaltung können Sie die Einrichtung so manipulieren, dass Sie bei jeder Kombination von Widerstandselementen, die Sie verwenden, einen beliebigen Strompegel erhalten. Deshalb wird Widerstand bezeichnetRund hat keine Länge in seinen Einheiten; es ist ein Maß für die Eigenschaften eines Systems, nicht die eines Materials. Entsprechend,Leitfähigkeit(symbolisiert durch den BuchstabenGund gemessen in Siemens) funktioniert genauso. Aber es ist normalerweise bequemer zu bedienenRoderρals es zu gehen istGoderσ​.

Betrachten Sie als Analogie, dass der Trainer einer Fußballmannschaft die Stärke und Geschwindigkeit seiner einzelnen Spieler ändern kann, aber am Ende jeder Fußball bestehendes Team hat die gleichen wesentlichen Einschränkungen: 11 menschliche Spieler an einer Seite, die sich in ihren körperlichen Fähigkeiten unterscheiden, aber die gleichen grundlegenden Eigenschaften haben Eigenschaften.

Das Schockierendste, was Sie in diesem Artikel erfahren werden (und das ist nicht nur ein Wortspiel, ehrlich!), ist, dass Wasser streng genommen ein schrecklicher Stromleiter ist. Das heißt, reines H₂O (Wasserstoff und Sauerstoff im Verhältnis 2:1) leitet keinen Strom.

Wie Sie zweifellos bereits festgestellt haben, bedeutet dies, dass die Begegnung mit wirklich reinem Wasser im Wesentlichen nie stattfindet. Selbst in einer Laborumgebung können sich Ionen (geladene Teilchen) leicht in Wasser "schleichen", das aus reinem Dampf kondensiert, d.

Wasser aus Rohren und direkt aus natürlichen Quellen ist immer reich an Verunreinigungen wie Mineralien, Chemikalien und verschiedenen gelösten Stoffen. Das ist natürlich nicht unbedingt schlecht; All das Salz im Meerwasser zum Beispiel macht es etwas einfacher, im Meer zu schwimmen, wenn das Ihr Spiel ist.

Kochsalz (Natriumchlorid oder NaCl) ist übrigens eine der bekannteren Substanzen, die Wasser in H. seiner isolierenden Eigenschaften berauben können₂Ö.

Die Leitfähigkeit von Wasser in US-Flüssen reicht von etwa 50 bis 1.500 µS/cm. Süßwasserbäche im Binnenland, in denen Fische gedeihen können, haben in der Regel zwischen 150 und 500 µS/cm. Eine höhere oder niedrigere Leitfähigkeit kann darauf hinweisen, dass das Wasser für bestimmte Fischarten oder Makroinvertebraten nicht geeignet ist. Industriewässer können bis zu 10.000 µS/cm betragen.

Die Leitfähigkeit ist ein indirektes Maß z. B. für die Qualität des Bachwassers. Jede Wasserstraße weist einen relativ konstanten Bereich auf, der als Basislinienleitfähigkeit des Trinkwasserstandards verwendet werden kann. Regelmäßige Leitfähigkeitsbewertungen mit aWasserleitfähigkeitsmesser. Größere Änderungen der Leitfähigkeit könnten auf die Notwendigkeit einer Säuberung hindeuten.

In diesem Artikel geht es eindeutig um die elektrische Leitfähigkeit. In der Physik werden Sie jedoch wahrscheinlich von der Wärmeleitung hören, die etwas anders ist, da Wärme in Energie gemessen wird, während Strom, der Energie liefern kann, dies nicht ist.

Änderungen der Wärmeleitfähigkeit eines Materials neigen zu parallelen Änderungen seiner elektrischen Leitfähigkeit, wenn auch normalerweise nicht im gleichen Maßstab. Eine interessante Eigenschaft von Materialien ist, dass die meisten von ihnen beim Erhitzen schlechtere Leiter werden (da Partikel schneller herumwirbeln). und schneller, wenn die Temperatur steigt, "interferieren" sie eher mit Elektronen), dies gilt nicht für eine Klasse von Materialien namens Halbleiter.