מי שמבלה הרבה בבריכת שחייה מגלה במהירות שאנשים בדרך כלל מאוד מודאגים מכך שיש מכשירים חשמליים ליד המים - על אחת כמה וכמה אם הם מחוברים במקרה ב.
זה נכון, למעשה, ברוב המצבים בהם מאגר מים מספיק קיים בכל מקום ליד זרמים ידועים של זרם חשמלי. בזכות מוליכות המים, פשע ה"טוסטר באמבטיה "השטני הוא משהו של קלישאה אהובה בסיפורי תעלומת רצח בבית הספר הישן.
הנקודה כאן היא לא שאתה יכול לפגוע בעצמך עם חשמל, אם כי זה תמיד חשוב לזכור; זה שרוב המבוגרים העירניים, ולצורך העניין, ילדים בחטיבת הביניים יודעים להתרחק מערבוב מים עם זרם בכל צורה שהיא, בין אם הם יודעים פיזיקה ובין אם לאו. (למעשה, כמה רעיונות זהירים מדי נמשכים, כמו הרעיון שאתה צפוי לקבל זעזוע אם אתה נוגע כל כך במתג אור מפלסטיק כאשר האצבעות שלך רטובות.)
חשובה יותר לעת עתה היא השאלה כיצד חשמל "זורם" לפחותכמהנוזלים כאשר לפחותכמהמוצקים יכולים להכיל אותו. האם רק מים מתקשרים עם חשמל בצורה כזו? מה עם חלב או מיץ שנשפך? ובאופן כללי יותר, אילו תכונות של חומר תורמות לערך שלומוֹלִיכוּת?
יסודות החשמל
התופעה המכונה חשמל היא למעשה לא יותר מהתנועה שלאלקטרוניםדרך סוג כלשהו של מדיום פיזי, או חומר.
אולי אתה לא חושב על אוויר כחומר, אך למעשה, אוויר עשיר במולקולות שונות שאתה לא יכול לראות, שרבים מהם יכולים להשתתף בזרימה חשמלית. אתה פשוט לא יכול לראות אלקטרונים, אז אם אתה מאמין בחשמל, אתה צריך להאמין שדברים זעירים להפליא ממלאים תפקיד עצום בהתנהגות של חומרים יומיומיים!
חומרים שונים מאפשרים מעבר זה של אלקטרונים - ואיתם המטענים החשמליים שלהם - בדרגות שונות בהתאם למבנים המולקולריים והאטומיים האינדיבידואליים שלהם. ככל שפחות התנגשויות עם עצמים זעירים אחרים שחווים רוכסנים של אלקטרונים, כך הם מועברים ביתר קלות באמצעות העניין הנדון.
המשוואה הכללית לזרימה הנוכחית היא
אני = \ frac {V} {R}
איפהאניהוא זרימת זרם באמפר,והוא הפרש פוטנציאל חשמלי בוולט ("מתח") ו-רהאם ההתנגדות באום. ההתנגדות קשורה למוליכות, כפי שתלמד בקרוב.
מהי מוליכות?
מוליכות, או באופן רשמי יותרמוליכות חשמלית, הוא מדד מתמטי ליכולתו של חומר להוביל חשמל. הוא מיוצג על ידי האות היוונית סיגמא(σ)ויחידת ה- SI שלה (מערכת מטרית) היא ה-סימנס למטר (S / m).
- הסימנים נקראים גם אmho, שהוא "אוהם" מאוית לאחור. מונח זה נפל משימוש נפוץ בסוף המאה העשרים.
מוליכות היא רק ההדדיות המתמטית שלהִתנַגְדוּת סְגוּלִית.ההתנגדות מיוצגת על ידי האות היוונית הקטנה rho (ρ) והיא נמדדת באום-מטר (Ωm), מה שאומר שניתן לתאר את ה- S / m גם כמד-אוהם הדדי (1 / Ωm או Ωm-1). בהרחבה, אתה יכול לראות כי זיקני הוא הדדי של אוהם. מאזמוליךמשהו בעולם האמיתי הוא ההפך ממתנגדהמעבר שלה, זה הגיוני פיזית.
מוליכות של חומר היא תכונה מהותית של אותו חומר ואינה קשורה לאופן ההרכבה של מעגל או מערכת אחרת, אשר מתחשב ב"מטר "ביחידת הסימנס. זה קשור להתנגדות של חומר, לעתים קרובות חוט בבעיות פיזיקה הכרוכות במצבים אלה, על ידי הביטוי
R = \ frac {\ rho L} {A}
איפהלהוא האורך אם החוט ב- m ו-אשטח החתך שלו במ '2.
מוליכות לעומת מוֹלִיכוּת
כאמור, מוליכות אינה תלויה במערך ניסיוני והיא רק השתקפות של חומר "נתון (מוצק, נוזלי או גזי). כמה חומרים באופן טבעי יוצרים מוליכים חזקים (ובכך נגדים גרועים) בעוד שאחרים יכולים להוביל חשמל בצורה חלשה או בכלל ולא ליצור נגדים טובים (או חשמליים) מבודדים).
באמצעות מעגל חשמלי, אתה יכול לתפעל את ההתקנה כך שתוכל לקבל את רמת הזרם שאתה אוהב בהתחשב בשילוב כלשהו של אלמנטים התנגדות שאתה כולל. זו הסיבה שמייעדים התנגדותרואין לו אורך ביחידותיו; זה מדד לתכונות המערכת, לא לזה של חומר. בהתאם לכך,מוֹלִיכוּת(מסומל על ידי האותזונמדד בסימנס) עובד באותה צורה. אבל זה בדרך כלל נוח יותר לשימושראוֹρמאשר ללכת איתוזאוֹσ.
כאל אנלוגיה, קחו בחשבון שמאמן קבוצת כדורגל יכול לשנות את כוחם ומהירותם של השחקנים האישיים שלה, אך בסופו של דבר, כל כדורגל לקבוצה קיימים אותם מגבלות מהותיות: 11 שחקנים אנושיים בצד, משתנים ביכולותיהם הפיזיות אך בעלי אותם בסיסים בסיסיים נכסים.
מוליכות חשמל ומים: סקירה כללית
הדבר המזעזע ביותר שתלמד במאמר זה (וזה לא רק משחק מילים, כנה!) הוא שמים, באופן קפדני, הם מוליכים נוראיים של חשמל. כלומר טהור ה '2O (מימן וחמצן ביחס 2: 1) אינו מוליך חשמל.
כפי שללא ספק כבר סיכמת, פירוש הדבר שהמפגש עם מים טהורים באמת הוא דבר שלמעשה לא קורה לעולם. אפילו בסביבת מעבדה, קל ליונים (חלקיקים טעונים) "להתגנב" למים שעוברו מאדים טהורים, כלומר מזוקקים.
מים מצינורות וישירות ממקורות טבעיים עשירים תמיד בזיהומים כמו מינרלים, כימיקלים וחומרים מומסים שונים. זה לא בהכרח דבר רע, כמובן; כל המלח הזה במי האוקיאנוס, למשל, מקל על הצפה בים אם זה המשחק שלך.
כשזה קורה, מלח שולחן (נתרן כלורי, או NaCl) הוא אחד החומרים הידועים יותר שיכולים לגזול מים מתכונות הבידוד שלהם כשהם מומסים ב- H2או
חשיבות המוליכות במים
מוליכות המים בנהרות בארה"ב נעה נרחבת, בין כ -50 ל -1,500 µS / ס"מ. זרמי מים מתוקים בפנים הארץ המאפשרים לדגים לשגשג נוטים להיות בין 150 ל 500 µS / ס"מ. מוליכות גבוהה יותר או נמוכה יותר עשויה להצביע על כך שהמים אינם מתאימים למינים מסוימים של דגים או לחסרי חוליות מקרו. מים תעשייתיים יכולים לנוע עד 10,000 µS / cm.
מוליכות היא מדד עקיף של, למשל, איכות מי הנחל. כל נתיב מים מתגאה בטווח קבוע יחסית שיכול לשמש כמוליכות בסיסית של תקן מי השתייה. הערכות מוליכות רגילות הנעשות באמצעות אמד מוליכות מים. שינויים משמעותיים במוליכות יכולים לאותת על הצורך במאמץ ניקוי.
מוליכות תרמית
מאמר זה עוסק בבירור במוליכות חשמלית. בפיזיקה, עם זאת, סביר להניח שתשמע על הולכת חום, שהיא קצת שונה מכיוון שחום נמדד באנרגיה ואילו חשמל, שיכול לספק אנרגיה, אינו.
שינויים במוליכות החום של החומר נוטים לשינויים מקבילים במוליכות החשמלית שלו, אם כי בדרך כלל לא באותו קנה מידה. תכונה מעניינת אחת של חומרים היא שבעוד שרובם הופכים למוליכים גרועים יותר בזמן שהם מחוממים (כאשר חלקיקים מסתובבים מהר יותר ומהיר יותר ככל שהטמפרטורה מטפסת, הם נוטים יותר "להפריע" לאלקטרונים), זה לא נכון לגבי סוג חומרים שנקרא מוליכים למחצה.