Miért fontos a vezetőképesség?

Aki sok időt tölt egy medence körül, gyorsan felfedezi, hogy az emberek általában nagyon aggódik amiatt, hogy elektromos készülékek vannak a víz közelében - annál is inkább, ha netán csatlakoznak ban ben.

Valójában ez igaz a legtöbb olyan helyzetre, amikor elegendő víztározó van az ismert elektromos áramok közelében. A víz vezetőképességének köszönhetően az ördögi "kenyérpirító a kádban" bűncselekmény valami szeretett közhely a régi iskola, gyilkosság-rejtély történeteiben.

A lényeg itt nem az, hogy árammal árthatod magad, bár ezt mindig fontos szem előtt tartani; ez az, hogy a legtöbb éber felnőtt, és ami azt illeti, a középiskolás gyerekek tudják elkerülni, hogy bármilyen formában keverjék a vizet az áramtól, függetlenül attól, hogy ismerik-e a fizikát vagy sem. (Valójában néhány túlságosan óvatos ötlet továbbra is fennáll, például az a gondolat, hogy sokkot kaphat, ha nedves ujjaival megérint egy műanyag fénykapcsolót.)

Egyelőre fontosabb az a kérdés, hogy legalább hogyan áramlik az áram

Az elektromosság néven ismert jelenség valójában nem több, mint a mozgáselektronokvalamilyen fizikai közegen vagy anyagon keresztül.

Lehet, hogy nem a levegőt gondolja anyagként, de valójában a különféle molekulákban gazdag levegő, amelyet nem láthat, amelyek közül sok részt vehet és részt vesz az elektromos áramlásban. Nyilvánvalóan nem látja az elektronokat, ezért ha hisz az elektromosságban, akkor el kell hinnie, hogy a meghökkentően apró dolgoknak hatalmas szerepe van a mindennapi anyagok viselkedésében!

Különböző anyagok lehetővé teszik az elektronok - és velük együtt az elektromos töltések - ezen áthaladását az egyes molekuláris és atomszerkezetektől függően különböző mértékben. Minél kevesebb ütközés tapasztalható más apró tárgyakkal az elektron cipzárával, annál könnyebben továbbítják őket a kérdéses anyagon keresztül.

Az áramáramlás általános egyenlete az

holénaz áramáram amperben,Vaz elektromos potenciál különbség voltban ("feszültség") ésRaz ellenállás ohmban. Az ellenállás a vezetőképességgel függ össze, amint hamarosan megtudja.

Vezetőképesség, vagy formálisabbanelektromos vezetőképesség, az anyag villamosenergia-vezetési képességének matematikai mérése. A görög sigma betű képviseli(σ)és SI (metrikus rendszer) egysége asiemens / méter (S / m)​.

• A siemens nevezik amho, ami "ohm" van hátrafelé írva. Ez a kifejezés azonban a 20. század végére kiesett a közös használatból.

A vezetőképesség csak a matematikai reciprokaellenállás.Az ellenállást a görög kis rho (ρ) betű képviseli, és ohm méterben (Ωm) mérik, ami azt jelenti, hogy az S / m reciprok ohm méterként is leírható (1 / Ωm vagy Ωm)^-1). Kiterjesztéssel láthatja, hogy a siemen az ohm reciproka. Mivelvezetővalami a való világban ellentétesellenállniátjutása, ennek fizikai értelme van.

Az anyag vezetőképessége ennek az anyagnak a belső tulajdonsága, és nem függ össze az áramkör vagy más rendszer összeállításával, amelyet a siemens egység "méterenként" számol. Ez a kifejezés a fizikai helyzetekben felmerülő fizikai problémák drótjának ellenállásával áll összefüggésben

holLa hossza, ha a huzal m ésAkeresztmetszeti területe m-ben².

Amint megjegyeztük, a vezetőképesség nem a kísérleti felépítéstől függ, és csak arra utal, hogy egy adott anyag (szilárd, folyékony vagy gáznemű) "milyen". Néhány anyag természetesen erős vezetőket (és ezáltal gyenge ellenállásokat) készít, míg mások gyengén vagy egyáltalán nem vezetik az áramot, és jó ellenállásokat (vagy elektromos szigetelők).

Elektromos áramkörrel manipulálhatja a beállítást, hogy tetszés szerinti áramot kaphasson, függetlenül attól, hogy milyen ellenállási elemeket tartalmaz. Ezért jelöljük ki az ellenállástRés egységeiben nincs hossza; ez a rendszer tulajdonságainak mértéke, nem pedig az anyagé. Eszerint,vezetőképesség(a betű jelképeziGés siemensben mérve) ugyanúgy működik. De általában kényelmesebb használniRvagyρmint amivel együtt járGvagyσ​.

Analógiaként vegye figyelembe, hogy egy futballcsapat edzője megváltoztathatja az egyes játékosok erejét és sebességét, de végül minden futball a létező csapatnak ugyanazok az alapvető korlátai vannak: 11 emberi játékos áll mellé, akik fizikai képességeikben különböznek, de ugyanazok az alapvető tulajdonságait.

A legmegdöbbentőbb dolog, amit ebben a cikkben megtanul (és ez nem csak szójáték, őszinte!) Az, hogy a víz szigorúan véve szörnyen vezeti az áramot. Vagyis tiszta H₂O (hidrogén és oxigén 2: 1 arányban) nem vezeti az áramot.

Mint kétségtelenül már megállapította, ez azt jelenti, hogy a valóban tiszta víz találkozása lényegében soha nem történik meg. Laboratóriumi körülmények között is könnyű az ionoknak (a töltött részecskéknek) "besurranni" a tiszta gőzből sűrített, azaz desztillált vízbe.

A csövekből és közvetlenül természetes forrásokból származó víz változatlanul gazdag szennyeződésekben, például ásványi anyagokban, vegyi anyagokban és válogatott oldott anyagokban. Ez természetesen nem feltétlenül rossz; például az óceánvíz összes sója megkönnyíti a tengerben való lebegést, ha ez a játék.

Amint előfordul, az étkezési só (nátrium-klorid vagy NaCl) az egyik legismertebb anyag, amely H-ben oldva elrabolhatja a víz szigetelő tulajdonságait.₂O.

A víz vezetőképessége az amerikai folyókban széles tartományban mozog, körülbelül 50 és 1500 µS / cm között. A belvízi édesvízi patakok, amelyek lehetővé teszik a halak fejlődését, általában 150 és 500 µS / cm között vannak. Magasabb vagy alacsonyabb vezetőképesség azt jelezheti, hogy a víz nem alkalmas bizonyos halfajokhoz vagy makrogerinctelenekhez. Az ipari vizek akár 10 000 µS / cm-t is elérhetnek.

A vezetőképesség közvetett mérőszám például a patakvíz minőségének. Minden vízi út viszonylag állandó tartományban van, amely az ivóvíz-vezetőképesség alapértékeként használható. Rendszeres vezetőképesség-értékelés avízvezető mérő. A vezetőképességben bekövetkezett jelentős változások jelezhetik a tisztítási erőfeszítések szükségességét.

Ez a cikk egyértelműen az elektromos vezetőképességről szól. A fizikában azonban valószínűleg hallani fog a hővezetésről, ami kissé eltér attól, hogy a hőt energiában mérjük, míg az energiát szolgáltató villamos energia nem.

Az anyag hővezető képességének változásai általában párhuzamosan változnak annak elektromos vezetőképességében, bár általában nem azonos skálán. Az anyagok egyik érdekes tulajdonsága, hogy míg a legtöbben hevítésükkor rosszabb vezetőkké válnak (ahogy a részecskék gyorsabban süvítenek) és a hőmérséklet emelkedésével gyorsabban "interferálnak" az elektronokkal), ez nem igaz az ún. félvezetők.