Zašto je vodljivost važna?

Svatko tko provodi puno vremena oko bazena brzo otkrije da su ljudi uglavnom vrlo zabrinut zbog električnih uređaja u blizini vode - tim više ako su slučajno priključeni u.

To je zapravo istina u većini situacija kada postoji dovoljan rezervoar vode bilo gdje u blizini poznatih protoka električne struje. Zahvaljujući vodljivosti vode, đavolski zločin "toster u kadi" nešto je od voljenog klišea u old-school, misterioznim pričama.

Nije poanta u tome što se možete ozlijediti električnom energijom, iako je to uvijek neophodno imati na umu; to je da većina najopazljivijih odraslih i, što se toga tiče djece srednje škole, zna izbjegavati miješanje vode sa strujom u bilo kojem obliku bez obzira znaju li fiziku ili ne. (U stvari, i dalje postoje neke pretjerano oprezne ideje, poput ideje da ćete vjerojatno doživjeti šok ako dodirnete plastični prekidač za svjetlo kad su vam prsti mokri.)

Zasad je važnije pitanje kako barem "teče" električna energijanekitekućine kad je najmanjenekičvrste tvari ga mogu sadržavati. Je li samo voda ta koja komunicira s električnom energijom na ovaj način? Što je s prolivenim mlijekom ili sokom? I općenito, koja svojstva materije pridonose njezinoj vrijednosti

Fenomen poznat kao električna energija zapravo nije ništa više od kretanjaelektronikroz nekakav fizički medij ili materijal.

Možda ne mislite o zraku kao o materijalu, ali zapravo, o zraku bogatom raznim molekulama koje ne možete vidjeti, od kojih puno može sudjelovati u električnom protoku. Očito ne možete vidjeti elektrone, pa ako vjerujete u električnu energiju, trebali biste vjerovati da zapanjujuće sitne stvari igraju veliku ulogu u ponašanju svakodnevnih materijala!

Različiti materijali omogućuju taj prolazak elektrona - a s njima i njihovi električni naboji - u različitim stupnjevima, ovisno o njihovoj pojedinačnoj molekularnoj i atomskoj strukturi. Što su manje sudara s drugim sićušnim objektima doživljeni zip-kopanjem elektrona, to se oni lakše prenose kroz dotičnu materiju.

Općenita jednadžba protoka struje je

gdjeJaje protok struje u amperima,Vje razlika električnog potencijala u voltima ("napon") iRje otpor u ohima. Otpor je povezan s vodljivošću, kao što ćete uskoro naučiti.

Provodljivost, ili formalnijeelektrična vodljivost, je matematička mjera sposobnosti materijala da provodi električnu energiju. Predstavlja ga grčko slovo sigma(σ)a njegova jedinica SI (metrički sustav) jesiemens po metru (S / m)​.

• Sijemen se naziva i arecipročni otpor, što je "ohm" napisano unatrag. Taj je pojam, međutim, ispao iz uobičajene upotrebe krajem 20. stoljeća.

Provodljivost je samo matematička uzajamnost vrijednostiotpornost.Otpornost predstavlja malo grčko slovo rho (ρ) i mjeri se u ohm-metrima (Ωm), što znači da se S / m može opisati i kao recipročni ohm-metar (1 / Ωm ili Ωm^-1). U produžetku možete vidjeti da je siemen recipročna vrijednost ohma. Oddirigiranjenešto u stvarnom svijetu je suprotno odopirući senjegov prolazak, ovo ima fizički smisao.

Provodljivost materijala je suštinsko svojstvo tog materijala i nije povezana s načinom sastavljanja kruga ili drugog sustava, što se obračunava s "po metru" u siemens jedinici. Izrazom je povezan s otporom materijala, često žice u fizičkim problemima koji uključuju ove situacije

gdjeLje duljina ako je žica u m iAnjegova površina presjeka u m².

Kao što je napomenuto, vodljivost ne ovisi o eksperimentalnoj postavci i samo je odraz toga kako je "(čvrst, tekući ili plinoviti) određeni materijal". Neki materijali prirodno izrađuju jake vodiče (a time i loše otpornike), dok drugi mogu slabo ili nikako provoditi električnu energiju i čine dobre otpornike (ili električne izolatori).

Električnim krugom možete manipulirati postavkama tako da možete dobiti bilo koju razinu struje koja vam se sviđa s obzirom na kombinaciju otpornih elemenata koje uključite. Zbog toga se određuje otporRi nema duljinu u svojim jedinicama; to je mjera svojstava sustava, a ne svojstva materijala. Prema tome,vodljivost(simbolizirano slovomGa mjeri se u siemenima) djeluje na isti način. Ali to je obično prikladnije za upotrebuRiliρnego što treba ićiGiliσ​.

Kao analogiju, uzmite u obzir da trener nogometne momčadi može promijeniti snagu i brzinu pojedinih igrača, ali na kraju svaki nogomet postojeći tim ima ista bitna ograničenja: 11 ljudskih igrača u stranu, različitih fizičkih mogućnosti, ali s istim osnovnim Svojstva.

Najšokantnija stvar koju ćete naučiti u ovom članku (i to nije samo igra riječi, iskreno!) Je da je voda, strogo govoreći, užasan vodič električne energije. To će reći, čisti H₂O (vodik i kisik u omjeru 2: 1) ne provodi struju.

Kao što ste nesumnjivo već zaključili, to znači da je susret s istinski čistom vodom nešto što se u biti nikad ne događa. Čak i u laboratorijskim uvjetima, ioni (nabijene čestice) lako se "ušunjaju" u vodu koja je kondenzirana iz čiste pare, tj. Destilirana.

Voda iz cijevi i izravno iz prirodnih izvora uvijek je bogata nečistoćama poput minerala, kemikalija i različitih otopljenih tvari. To nije nužno loše, naravno; na primjer, sva ta sol u oceanskoj vodi malo olakšava plutanje u moru ako je to vaša igra.

Kao što se događa, kuhinjska sol (natrijev klorid ili NaCl) jedna je od poznatijih supstanci koja vodi može otuđiti izolacijska svojstva kada se otopi u H₂O.

Provodljivost vode u američkim rijekama široko se kreće, od oko 50 do 1500 µS / cm. Unutarnji slatkovodni potoci koji omogućavaju ribama da uspijevaju imaju tendenciju između 150 i 500 µS / cm. Veća ili manja vodljivost može ukazivati ​​na to da voda nije prikladna za određene vrste riba ili makroinvertebrata. Industrijske vode mogu se kretati i do 10 000 µS / cm.

Provodljivost je neizravna mjera, na primjer, kakvoće tekuće vode. Svaki se plovni put može pohvaliti relativno konstantnim dometom koji se može koristiti kao osnovni standard vodljivosti pitke vode. Redovite procjene vodljivosti provedene pomoću amjerač vodljivosti vode. Velike promjene u vodljivosti mogle bi ukazati na potrebu čišćenja.

Ovaj članak jasno govori o električnoj vodljivosti. Međutim, u fizici ćete vjerojatno čuti za provođenje topline, što je malo drugačije jer se toplina mjeri u energiji, dok električna energija koja može dati energiju nije.

Promjene u toplinskoj vodljivosti materijala imaju tendenciju paralelnih promjena u njegovoj električnoj vodljivosti, iako obično na istoj ljestvici. Jedno zanimljivo svojstvo materijala je da, dok većina njih postaje lošiji vodiči zagrijavanjem (dok čestice brže zvižde i brže kako se temperatura penje, vjerojatnije je da će "ometati" elektrone), to ne vrijedi za klasu materijala tzv. poluvodiči.