Mengapa Konduktivitas Penting?

Siapa pun yang menghabiskan banyak waktu di sekitar kolam renang dengan cepat menemukan bahwa orang pada umumnya sangat khawatir memiliki perangkat listrik di dekat air – terlebih lagi jika perangkat tersebut dicolokkan di.

Ini benar, pada kenyataannya, dari kebanyakan situasi di mana reservoir air yang cukup ada di dekat aliran arus listrik yang diketahui. Berkat konduktivitas air, kejahatan "pemanggang roti di bak mandi" yang kejam adalah sesuatu yang klise dalam kisah-kisah misteri pembunuhan sekolah tua.

Intinya di sini bukanlah bahwa Anda dapat melukai diri sendiri dengan listrik, meskipun itu selalu penting untuk diingat; itu adalah orang dewasa yang paling waspada, dan dalam hal ini anak-anak sekolah menengah, tahu untuk menghindari pencampuran air dengan arus dalam bentuk apa pun apakah mereka tahu fisika atau tidak. (Faktanya, beberapa ide yang terlalu berhati-hati tetap ada, seperti gagasan bahwa Anda mungkin akan terkejut jika Anda menyentuh saklar lampu plastik saat jari Anda basah.)

Yang lebih penting untuk saat ini adalah pertanyaan tentang bagaimana listrik "mengalir" setidaknyabeberapacairan ketika setidaknyabeberapapadat dapat menampungnya. Apakah hanya air yang berinteraksi dengan listrik dengan cara ini? Bagaimana dengan susu atau jus yang tumpah? Dan secara lebih umum, sifat-sifat materi apa yang berkontribusi pada nilainya?daya konduksi​?

Fenomena yang dikenal sebagai listrik sebenarnya tidak lebih dari pergerakanelektronmelalui beberapa jenis media fisik, atau bahan.

Anda mungkin tidak menganggap udara sebagai materi, tetapi kenyataannya, udara kaya akan berbagai molekul yang tidak dapat Anda lihat, banyak di antaranya dapat dan memang berpartisipasi dalam aliran listrik. Anda jelas tidak dapat melihat elektron, jadi jika Anda percaya pada listrik, Anda harus percaya bahwa hal-hal yang sangat kecil memainkan peran besar dalam perilaku bahan sehari-hari!

Bahan yang berbeda memungkinkan perpindahan elektron ini - dan dengan mereka, muatan listriknya - ke tingkat yang berbeda tergantung pada struktur molekul dan atom masing-masing. Semakin sedikit tumbukan dengan benda-benda kecil lainnya yang dialami oleh elektron, semakin mudah mereka ditransmisikan melalui materi yang bersangkutan.

Persamaan umum untuk aliran arus adalah

dimanasayaadalah arus yang mengalir dalam ampere,Vadalah perbedaan potensial listrik dalam volt ("tegangan") danRadalah hambatan dalam ohm. Resistansi berhubungan dengan konduktivitas, seperti yang akan segera Anda pelajari.

Konduktivitas, atau lebih formalkonduktansi listrik, adalah ukuran matematis dari kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan listrik. Itu diwakili oleh huruf Yunani sigma(σ)dan satuan SI (sistem metrik) adalahsiemens per meter (S/m)​.

• Siemens juga disebutmo, yang "ohm" dieja terbalik. Namun, istilah ini tidak lagi digunakan secara umum pada akhir abad ke-20.

Konduktivitas hanyalah kebalikan matematis dariresistivitas.Resistivitas diwakili oleh huruf Yunani kecil rho (ρ) dan diukur dalam ohm-meter (Ωm), yang berarti bahwa S/m juga dapat digambarkan sebagai ohm-meter timbal balik (1/Ωm atau m^-1). Dengan ekstensi, Anda dapat melihat bahwa siemen adalah kebalikan dari ohm. Sejakmelakukansesuatu di dunia nyata adalah kebalikan dari oppositemenolakbagiannya, ini masuk akal secara fisik.

Konduktivitas bahan adalah properti intrinsik dari bahan itu dan tidak terkait dengan bagaimana sirkuit atau sistem lain dirakit, yang dihitung dengan "per meter" di unit siemens. Ini terkait dengan resistansi suatu material, sering kali kawat dalam masalah fisika yang melibatkan situasi ini, dengan ekspresi

dimanaLadalah panjang jika kawat dalam m danSEBUAHluas penampang dalam m².

Seperti disebutkan, konduktivitas tidak bergantung pada pengaturan eksperimental dan hanya mencerminkan bagaimana bahan tertentu (padat, cair, atau gas) "berada". Beberapa bahan secara alami membuat konduktor yang kuat (dan dengan demikian resistor yang buruk) sementara yang lain dapat menghantarkan listrik dengan lemah atau tidak sama sekali dan membuat resistor yang baik (atau resistor listrik). isolator).

Dengan sirkuit listrik, Anda dapat memanipulasi pengaturan sehingga Anda bisa mendapatkan tingkat arus apa pun yang Anda suka dengan kombinasi elemen resistansi apa pun yang Anda sertakan. Inilah sebabnya mengapa perlawanan ditunjukRdan tidak memiliki panjang dalam satuannya; itu ukuran properti sistem, bukan material. Demikian,konduktansi(dilambangkan dengan hurufGdan diukur dalam siemens) bekerja dengan cara yang sama. Tapi biasanya lebih nyaman digunakanRatauρdaripada untuk pergi bersamaGatauσ​.

Sebagai analogi, pertimbangkan bahwa pelatih tim sepak bola dapat mengubah kekuatan dan kecepatan individu pemainnya, tetapi pada akhirnya, setiap sepak bola tim yang ada memiliki kendala esensial yang sama: 11 pemain manusia di samping, bervariasi dalam kemampuan fisik mereka tetapi memiliki dasar yang sama properti.

Hal paling mengejutkan yang akan Anda pelajari dalam artikel ini (dan itu bukan hanya permainan kata-kata, jujur!) adalah bahwa air, sebenarnya, adalah konduktor listrik yang buruk. Artinya, H. murni₂O (hidrogen dan oksigen dengan perbandingan 2:1) tidak menghantarkan listrik.

Seperti yang sudah pasti Anda simpulkan, ini berarti bahwa bertemu dengan air yang benar-benar murni adalah sesuatu yang pada dasarnya tidak pernah terjadi. Bahkan di lingkungan lab, ion (partikel bermuatan) mudah "menyelinap" ke dalam air yang telah dikondensasikan dari uap murni, yaitu, disuling.

Air dari pipa dan langsung dari sumber alami selalu kaya akan kotoran seperti mineral, bahan kimia dan berbagai macam zat terlarut. Ini tidak selalu merupakan hal yang buruk, tentu saja; semua garam di air laut, misalnya, membuatnya sedikit lebih mudah untuk mengapung di laut jika itu permainan Anda.

Seperti yang terjadi, garam meja (natrium klorida, atau NaCl) adalah salah satu zat yang lebih terkenal yang dapat merampas sifat isolasi air ketika dilarutkan dalam H₂HAI.

Konduktivitas air di sungai-sungai AS sangat bervariasi, dari sekitar 50 hingga 1.500 S/cm. Aliran air tawar pedalaman yang memungkinkan ikan berkembang biak cenderung memiliki antara 150 dan 500 S/cm. Konduktivitas yang lebih tinggi atau lebih rendah dapat menunjukkan bahwa air tidak cocok untuk spesies ikan atau makroinvertebrata tertentu. Perairan industri dapat mencapai 10.000 S/cm.

Konduktivitas adalah ukuran tidak langsung, misalnya, kualitas air sungai. Setiap jalur air menawarkan kisaran yang relatif konstan yang dapat digunakan sebagai konduktivitas dasar standar air minum. Penilaian konduktivitas reguler dilakukan menggunakan ameteran konduktivitas air. Perubahan besar dalam konduktivitas dapat menandakan perlunya upaya pembersihan.

Artikel ini jelas tentang konduktivitas listrik. Namun, dalam fisika, Anda mungkin mendengar tentang konduksi panas, yang sedikit berbeda karena panas diukur dalam energi sedangkan listrik, yang dapat menyediakan energi, tidak.

Perubahan konduktivitas termal material memang cenderung paralel dengan perubahan konduktivitas listriknya, meskipun biasanya tidak pada skala yang sama. Salah satu sifat material yang menarik adalah sebagian besar dari mereka menjadi konduktor yang lebih buruk saat dipanaskan (karena partikel bergerak lebih cepat dan lebih cepat saat suhu naik, mereka lebih cenderung "mengganggu" elektron), ini tidak berlaku untuk kelas bahan yang disebut semikonduktor.