Perché la conduttività è importante?

Chi trascorre molto tempo intorno a una piscina scopre presto che le persone sono generalmente molto preoccupato di avere dispositivi elettrici vicino all'acqua, a maggior ragione se sono collegati alla corrente nel.

Questo è vero, infatti, per la maggior parte delle situazioni in cui esiste una riserva d'acqua sufficiente ovunque vicino a flussi noti di corrente elettrica. Grazie alla conduttività dell'acqua, il diabolico crimine del "tostapane nella vasca da bagno" è una sorta di cliché amato nelle storie di omicidi e misteri della vecchia scuola.

Il punto qui non è che puoi farti male con l'elettricità, anche se è sempre fondamentale tenerlo a mente; è che gli adulti più attenti, e del resto i bambini delle scuole medie, sanno di evitare di mescolare l'acqua con la corrente in qualsiasi forma, che conoscano o meno la fisica. (In effetti, persistono alcune idee eccessivamente caute, come l'idea che potresti subire uno shock se tocchi un interruttore della luce di plastica quando le tue dita sono bagnate.)

Più importante per il momento è la questione di come l'elettricità "scorre" almeno inalcuniliquidi quando almenoalcunii solidi possono contenerlo. È solo l'acqua che interagisce con l'elettricità in questo modo? E il latte o il succo versato? E più in generale, quali proprietà della materia contribuiscono al valore della suaconducibilità​?

Il fenomeno noto come elettricità non è altro che il movimento di movementelettroniattraverso un qualche tipo di mezzo fisico, o materiale.

Potresti non pensare all'aria come a un materiale, ma in realtà, aria ricca di varie molecole che non puoi vedere, molte delle quali possono partecipare e partecipano al flusso elettrico. Chiaramente non puoi vedere gli elettroni, quindi se credi nell'elettricità, dovresti credere che cose sorprendentemente piccole giocano un ruolo enorme nel comportamento dei materiali di tutti i giorni!

Materiali diversi consentono questo passaggio di elettroni – e con essi le loro cariche elettriche – in gradi diversi a seconda delle loro singole strutture molecolari e atomiche. Meno sono le collisioni con altri minuscoli oggetti subiti dagli elettroni che sfrecciano, più facilmente vengono trasmessi attraverso la materia in questione.

L'equazione generale per il flusso di corrente è

doveioè il flusso di corrente in ampere,Vè la differenza di potenziale elettrico in volt ("tensione") eRè la resistenza in ohm. La resistenza è correlata alla conduttività, come imparerai presto.

Conducibilità, o più formalmenteconduttanza elettrica, è una misura matematica della capacità di un materiale di condurre elettricità. È rappresentato dalla lettera greca sigma(σ)e la sua unità SI (sistema metrico) è ilSiemens per metro (S/m)​.

• Il Siemens è anche chiamato amho, che è "ohm" scritto al contrario. Tuttavia, questo termine era caduto fuori dall'uso comune alla fine del 20 ° secolo.

La conducibilità è solo il reciproco matematico diresistività.La resistività è rappresentata dalla piccola lettera greca rho (ρ) e si misura in ohm-metri (Ωm), il che significa che S/m può essere descritto anche come un reciproco ohmmetro (1/Ωm o Ωm^-1). Per estensione, puoi vedere che un Siemens è il reciproco di un ohm. Dacondurrequalcosa nel mondo reale è l'opposto diresistendoil suo passaggio, questo ha un senso fisico.

La conduttività di un materiale è una proprietà intrinseca di quel materiale e non correlata a come è assemblato un circuito o un altro sistema, che è rappresentato dal "per metro" nell'unità Siemens. È legato alla resistenza di un materiale, spesso un filo nei problemi di fisica che coinvolgono queste situazioni, dall'espressione

dovelè la lunghezza se il filo in m eUNla sua area della sezione trasversale in m².

Come notato, la conduttività non dipende dalla configurazione sperimentale ed è solo un riflesso di come "è" un dato materiale (solido, liquido o gassoso). Alcuni materiali naturalmente fanno conduttori forti (e quindi resistori scadenti) mentre altri possono condurre elettricità debolmente o per niente e fare buoni resistori (o elettrici isolanti).

Con un circuito elettrico, puoi manipolare la configurazione in modo da poter ottenere qualsiasi livello di corrente che ti piace data qualsiasi combinazione di elementi di resistenza che includi. Questo è il motivo per cui viene designata la resistenzaRe non ha lunghezza nelle sue unità; è una misura delle proprietà di un sistema, non di un materiale. Di conseguenza,conduttanza(simboleggiato dalla letteraGe misurato in Siemens) funziona allo stesso modo. Ma normalmente è più comodo da usareRoρdi quello che è per andare conGoσ​.

Per analogia, si consideri che l'allenatore di una squadra di calcio può cambiare la forza e la velocità dei suoi singoli giocatori, ma alla fine ogni pallone squadra esistente ha gli stessi vincoli essenziali: 11 giocatori umani per lato, che variano nelle loro capacità fisiche ma hanno le stesse proprietà.

La cosa più scioccante che imparerai in questo articolo (e non è solo un gioco di parole, onesto!) è che l'acqua, in senso stretto, è un terribile conduttore di elettricità. Vale a dire, puro H₂O (idrogeno e ossigeno in rapporto 2:1) non conduce elettricità.

Come avrete senza dubbio già concluso, ciò significa che l'incontro con l'acqua veramente pura è qualcosa che essenzialmente non accade mai. Anche in un ambiente di laboratorio, è facile per gli ioni (particelle cariche) "infiltrarsi" nell'acqua che è stata condensata dal vapore puro, cioè distillata.

L'acqua proveniente da tubazioni e direttamente da fonti naturali è invariabilmente ricca di impurità come minerali, sostanze chimiche e varie sostanze disciolte. Questa non è necessariamente una cosa negativa, ovviamente; tutto quel sale nell'acqua dell'oceano, ad esempio, rende leggermente più facile galleggiare nel mare se questo è il tuo gioco.

Si dà il caso che il sale da cucina (cloruro di sodio, o NaCl) sia una delle sostanze più note in grado di privare l'acqua delle sue proprietà isolanti quando disciolta in H₂O.

La conduttività dell'acqua nei fiumi degli Stati Uniti varia ampiamente, da circa 50 a 1.500 µS/cm. I corsi d'acqua dolce interni che consentono ai pesci di prosperare tendono ad avere tra 150 e 500 µS/cm. Una conduttività superiore o inferiore può indicare che l'acqua non è adatta a determinate specie di pesci o macroinvertebrati. Le acque industriali possono variare fino a 10.000 µS/cm.

La conduttività è una misura indiretta, ad esempio, della qualità dell'acqua del corso d'acqua. Ogni corso d'acqua vanta un intervallo relativamente costante che può essere utilizzato come conducibilità di base dello standard dell'acqua potabile. Valutazioni regolari della conducibilità eseguite utilizzando amisuratore di conducibilità dell'acqua. Importanti cambiamenti nella conduttività potrebbero segnalare la necessità di uno sforzo di pulizia.

Questo articolo è chiaramente sulla conduttività elettrica. In fisica, tuttavia, è probabile che tu senta parlare della conduzione del calore, che è leggermente diversa perché il calore viene misurato in energia mentre l'elettricità, che può fornire energia, non lo è.

I cambiamenti nella conduttività termica di un materiale tendono a parallelamente cambiamenti alla sua conduttività elettrica, anche se di solito non sulla stessa scala. Una proprietà interessante dei materiali è che mentre la maggior parte di essi diventa conduttori più poveri quando vengono riscaldati (mentre le particelle sfrecciano più velocemente) e più velocemente man mano che la temperatura sale, è più probabile che "interferiscano" con gli elettroni), questo non è vero per una classe di materiali chiamata semiconduttori.