Miks on juhtivus oluline?

Igaüks, kes veedab palju aega basseini ümbruses, avastab kiiresti, et inimesed on üldiselt väga mures elektriseadmete olemasolu pärast vee läheduses - seda enam, kui need juhtub olema ühendatud aastal.

See kehtib tegelikult enamikus olukordades, kus teadaoleva elektrivoolu läheduses on piisav veereservuaar. Tänu vee juhtivusele on kuratlik "röster vannis" kuritegu vanakooli mõrvade-müsteeriumide lugudes armastatud klišee.

Siin pole asi selles, et saaksite endale elektriga haiget teha, ehkki seda on alati oluline meeles pidada; see on see, et kõige tähelepanelikumad täiskasvanud ja keskkooliealised lapsed teavad, et vältida vee segamist vooluga mis tahes kujul, olenemata sellest, kas nad oskavad füüsikat või mitte. (Tegelikult jätkuvad mõned liiga ettevaatlikud ideed, näiteks mõte, et tõenäoliselt saate šoki, kui puudutate plastist valgustuslülitit, kui sõrmed on märjad.)

Esialgu on olulisem küsimus, kuidas elekter vähemalt "sisse voolab"mõnedvedelikud vähemaltmõnedtahked ained võivad seda sisaldada. Kas see on lihtsalt vesi, mis sellisel viisil elektriga suhtleb? Aga valatud piim või mahl? Ja üldisemalt, millised aine omadused selle väärtusele kaasa aitavad

Elektri nime all tuntud nähtus pole tegelikult midagi muud kui liikumineelektronidmingisuguse füüsilise keskkonna või materjali kaudu.

Te ei pruugi mõelda õhust kui materjalist, kuid tegelikult on õhk, mis on rikas mitmesuguste molekulide hulgas, mida te ei näe, millest paljud võivad elektrivoolus osaleda ja osalevad. Te ei näe selgelt elektrone, nii et kui te usute elektrit, peaksite uskuma, et hämmastavalt väikestel asjadel on igapäevaste materjalide käitumises tohutu roll!

Erinevad materjalid võimaldavad seda elektronide - ja koos nendega ka nende elektrilaengute - läbimist erineval määral sõltuvalt nende individuaalsest molekulaarsest ja aatomistruktuurist. Mida vähem on kokkupõrkeid teiste väikeste objektidega, mida kogevad elektronid, seda kergemini edastatakse neid kõnealuse aine kaudu.

Vooluvoolu üldvõrrand on

kusMinaon vooluhulk amprites,Von elektrilise potentsiaali erinevus voltides ("pinge") jaRon takistus oomides. Vastupanu on seotud juhtivusega, nagu varsti teada saate.

Juhtivus või rohkem formaalseltelektrijuhtivuson matemaatiline mõõde materjali juhtimisvõimele. Seda tähistab kreeka täht sigma(σ)ja selle SI (meetriline süsteem) ühik onSiemens meetri kohta (S / m)​.

• Siemensi nimetatakse ka amho, mis on "ohm" kirjutatud tahapoole. See termin oli aga 20. sajandi lõpuks tavapärasest kasutusest välja langenud.

Juhtivus on lihtsalt matemaatiline vastastikunetakistus.Takistust tähistab kreeka väike täht rho (ρ) ja seda mõõdetakse oommeetrites (Ωm), mis tähendab, et S / m võib kirjeldada ka kui vastastikku oomeetrit (1 / Ωm või Ωm)^-1). Laiendades näete, et siemen on oomi vastastikune väärtus. Kunadirigeeriminemiski reaalses maailmas on vastupidinevastupanu osutamineselle läbimine on füüsiliselt mõttekas.

Materjali juhtivus on selle materjali sisemine omadus ja see ei ole seotud vooluahela või muu süsteemi kokkupanemisega, mida arvestatakse siiemensi ühikus "meetri kohta". See on seotud materjali vastupanuga, sageli juhtmega nendes olukordades kaasnevates füüsikaprobleemides, väljendiga

kusLon pikkus, kui traat on m jaAselle ristlõikepindala m².

Nagu märgitud, ei sõltu juhtivus eksperimentaalsest seadistusest ja peegeldab vaid seda, kuidas antud materjal (tahke, vedel või gaasiline) "on". Mõned materjalid loomulikult teha tugevad juhid (ja seega ka halvad takistid), samas kui teised saavad elektrit juhtida nõrgalt või üldse mitte ja teha häid takistusi (või elektrilisi isolaatorid).

Elektrilise vooluahela abil saate seadistust manipuleerida, nii et võite saada mis tahes voolutugevuse, mis teile meeldib, olenemata teie kasutatavate takistuselementide kombinatsioonist. Sellepärast määratakse vastupanuRja selle ühikutes pole pikkust; see mõõdab süsteemi omadusi, mitte materjali omadusi. Vastavaltjuhtivus(sümboliseeritud tähegaGja mõõdetuna siemensis) töötab samamoodi. Kuid seda on tavaliselt mugavam kasutadaRvõiρkui sellega minna onGvõiσ​.

Mõelge analoogia korras, et jalgpallimeeskonna treener võib muuta oma mängijate tugevust ja kiirust, kuid lõpuks võib iga jalgpall Olemasoleval meeskonnal on samad olulised piirangud: 11 inimmängijat, kes erinevad oma füüsiliste võimete poolest, kuid millel on samad põhilised omadused.

Kõige šokeerivam asi, mida selles artiklis õpite (ja see pole lihtsalt sõnamäng, aus!), On see, et vesi on rangelt öeldes kohutav elektrijuht. See tähendab, puhas H₂O (vesinik ja hapnik 2: 1 suhtega) elektrit ei juhi.

Nagu te kahtlemata juba järeldanud olete, tähendab see, et tõeliselt puhta veega kohtumine on midagi, mida sisuliselt kunagi ei juhtu. Isegi laboris on ioonidel (laetud osakesed) lihtne "hiilida" puhtast aurust kondenseerunud vette, st destilleerida.

Torudest ja otse looduslikest allikatest pärinev vesi on alati rikas lisandite, näiteks mineraalide, kemikaalide ja mitmesuguste lahustunud ainete poolest. See pole muidugi tingimata halb asi; kogu see sool näiteks ookeanivees hõlbustab meres hõljumist, kui see on teie mäng.

Nagu juhtub, on lauasool (naatriumkloriid või NaCl) üks tuntumaid aineid, mis võib H-is lahustatuna röövida veelt selle isoleerivad omadused.₂O.

Vee juhtivus USA jõgedes varieerub laialdaselt, umbes 50 kuni 1500 µS / cm. Sisemaal mageveekogudel, mis võimaldavad kaladel areneda, on tavaliselt vahemikus 150 kuni 500 µS / cm. Suurem või madalam juhtivus võib viidata sellele, et vesi ei sobi teatud kalaliikidele ega makroselgrootutele. Tööstusveed võivad ulatuda kuni 10 000 µS / cm.

Juhtivus on kaudne näitaja näiteks ojavee kvaliteedi kohta. Igal veeteel on suhteliselt konstantne vahemik, mida saab kasutada joogivee standardi juhtivusena. Regulaarne juhtivuse hindamine, kasutades avee juhtivusmõõtur. Suured juhtivuse muutused võivad anda märku puhastustööde vajadusest.

See artikkel räägib selgelt elektrijuhtivusest. Füüsikas kuulete siiski tõenäoliselt soojuse juhtivust, mis on pisut erinev, kuna soojust mõõdetakse energias, samas kui elektrit, mis võib energiat anda, mitte.

Materjali soojusjuhtivuse muutused kipuvad paralleelselt muutuma selle elektrijuhtivust, ehkki tavaliselt mitte samas mõõtkavas. Materjalide üks huvitav omadus on see, et kui enamus neist muutuvad kuumutamisel kehvemateks juhtideks (kui osakesed sebivad ringi kiiremini ja temperatuuri tõustes kiiremini "häirivad" nad elektrone), see ei kehti materjalide klassi kohta, mida nimetatakse pooljuhid.