Kāpēc vadītspēja ir svarīga?

Ikviens, kurš daudz laika pavada peldbaseina apkārtnē, ātri atklāj, ka cilvēki parasti ir ļoti ir noraizējies par elektrisko ierīču esamību ūdens tuvumā - vēl jo vairāk, ja tās gadās pieslēgt elektrotīklam iekšā.

Tas patiesībā attiecas uz lielāko daļu situāciju, kad pietiekams ūdens rezervuārs atrodas tuvu zināmām elektriskās strāvas plūsmām. Pateicoties ūdens vadītspējai, velnišķīgais noziegums "tosteris vannā" ir kaut kas no iemīļotas klišejas vecās skolas, slepkavību un noslēpumu stāstos.

Šeit nav runa par to, ka jūs varat sevi ievainot ar elektrību, lai gan tas vienmēr ir svarīgi paturēt prātā; tas ir tas, ka vismodernākie pieaugušie un šajā ziņā vidusskolas vecuma bērni zina, kā izvairīties no ūdens sajaukšanas ar strāvu jebkādā formā, neatkarīgi no tā, vai viņi zina fiziku. (Patiesībā saglabājas dažas pārāk piesardzīgas idejas, piemēram, priekšstats, ka jūs, iespējams, saņemsiet šoku, ja tik daudz pieskaraties plastmasas gaismas slēdzim, kad pirksti ir mitri.)

Pagaidām svarīgāks ir jautājums par to, kā elektrība vismaz "ieplūst"

Fenomens, kas pazīstams kā elektrība, patiesībā nav nekas vairāk kāelektroniizmantojot kaut kādu fizisku vidi vai materiālu.

Jūs, iespējams, nedomājat par gaisu kā materiālu, bet patiesībā gaiss, kas bagāts ar dažādām molekulām, kuras jūs nevarat redzēt, no kurām daudzas var piedalīties un piedalās elektriskajā plūsmā. Jūs acīmredzami neredzat elektronus, tāpēc, ja jūs ticat elektrībai, jums vajadzētu ticēt, ka pārsteidzoši sīkām lietām ir milzīga loma ikdienas materiālu uzvedībā!

Dažādi materiāli pieļauj šo elektronu - un līdz ar to to elektrisko lādiņu - pāreju dažādās pakāpēs atkarībā no to individuālās molekulārās un atomu struktūras. Jo mazāk sadursmju ar citiem sīkiem priekšmetiem piedzīvo elektronu rāvējslēdzējs, jo vieglāk tie tiek pārraidīti caur attiecīgo lietu.

Strāvas plūsmas vispārējais vienādojums ir

kurEsir strāvas plūsma ampēros,Vir elektriskā potenciāla starpība voltos ("spriegumā") unRir pretestība omos. Kā jūs drīz uzzināsiet, pretestība ir saistīta ar vadītspēju.

Vadītspēja vai vairāk formālielektrovadītspēja, ir matemātisks pasākums materiāla spējai vadīt elektrību. To attēlo grieķu burts sigma(σ)un tā SI (metriskās sistēmas) vienība irsiemens uz metru (S / m)​.

• Siemens tiek saukts arī par amho, kas ir "oms" uzrakstīts atpakaļ. Šis termins līdz 20. gadsimta beigām bija vairs neizmantots.

Vadītspēja ir tikai matemātiskā atgriezeniskā vērtībapretestība.Pretestību attēlo mazais grieķu burts rho (ρ), un to mēra ommetros (Ωm), kas nozīmē, ka S / m var raksturot arī kā abpusēju ommetru (1 / Ωm vai Ωm^-1). Paplašinot, jūs varat redzēt, ka siemen ir omu abpusējs. Kopšdiriģēšanakaut kas reālajā pasaulē ir pretējspretotiestā ir fiziska jēga.

Materiāla vadītspēja ir šī materiāla raksturīgā īpašība, kas nav saistīta ar ķēdes vai citas sistēmas montāžu, ko siemens vienībā izsaka "uz metru". Tas ir saistīts ar materiāla pretestību, bieži vien vadu fizikas problēmās, kas saistītas ar šīm situācijām, ar izteicienu

kurLir garums, ja vads ir m unAtā šķērsgriezuma laukums m².

Kā atzīmēts, vadītspēja nav atkarīga no eksperimentālās struktūras un ir tikai atspoguļojums tam, kā "ir" dots materiāls (ciets, šķidrs vai gāzveida). Daži materiāli dabiski izgatavot spēcīgus vadītājus (un līdz ar to arī sliktus rezistorus), bet citi var vāji vai vispār vadīt elektrību un izveidot labus rezistorus (vai elektriskos izolatori).

Izmantojot elektrisko ķēdi, jūs varat manipulēt ar iestatījumu, lai jūs varētu iegūt jebkura līmeņa strāvu, kas jums patīk, ņemot vērā jebkādu iekļauto pretestības elementu kombināciju. Tāpēc tiek nozīmēta pretestībaRun tā vienībās nav garuma; tas ir sistēmas, nevis materiāla īpašību mērs. Attiecīgivadītspēja(simbolizē burtsGun mērot siemens) darbojas tāpat. Bet tas parasti ir ērtāk lietojamsRvaiρnekā tam ietGvaiσ​.

Kā analoģiju ņemiet vērā, ka futbola komandas treneris var mainīt atsevišķu spēlētāju spēku un ātrumu, bet galu galā katrs futbols pastāvošajai komandai ir tādi paši būtiskie ierobežojumi: 11 cilvēku spēlētāji, kuru fiziskās iespējas atšķiras, bet kuriem ir vienādas pamata īpašības.

Visšokējošākais, ko jūs iemācīsities no šī raksta (un tas nav tikai vārdu kalpošana, godīgi!), Ir tas, ka ūdens, stingri sakot, ir briesmīgs elektrības vadītājs. Tas ir, tīrs H₂O (ūdeņradis un skābeklis 2: 1 attiecībās) nevada elektrību.

Kā jūs, bez šaubām, jau esat secinājis, tas nozīmē, ka tikšanās ar patiesi tīru ūdeni būtībā nekad nenotiek. Pat laboratorijas apstākļos joniem (uzlādētām daļiņām) ir viegli "ielīst" ūdenī, kas ir kondensēts no tīra tvaika, t.i., destilēts.

Ūdens no caurulēm un tieši no dabīgiem avotiem vienmēr ir bagāts ar piemaisījumiem, piemēram, minerāliem, ķīmiskajām vielām un izšķīdušām vielām. Tas, protams, nav obligāti slikts; piemēram, viss šis sāls okeāna ūdenī nedaudz atvieglo peldēšanu jūrā, ja tā ir jūsu spēle.

Kā tas notiek, galda sāls (nātrija hlorīds vai NaCl) ir viena no pazīstamākajām vielām, kas, izšķīdinot H, var laupīt ūdenim tā izolācijas īpašības.₂O.

Ūdens vadītspēja ASV upēs svārstās plaši, aptuveni no 50 līdz 1500 µS / cm. Iekšzemes saldūdens straumēs, kas ļauj zivīm attīstīties, parasti ir no 150 līdz 500 µS / cm. Augstāka vai zemāka vadītspēja var norādīt, ka ūdens nav piemērots dažām zivju sugām vai makro bezmugurkaulniekiem. Rūpnieciskie ūdeņi var būt pat 10 000 µS / cm.

Vadītspēja ir netiešs rādītājs, piemēram, strauta ūdens kvalitātei. Katram ūdensceļam ir relatīvi nemainīgs diapazons, ko var izmantot kā dzeramā ūdens standarta vadītspēju. Regulāri vadītspējas novērtējumi, izmantojot aūdens vadītspējas mērītājs. Lielas vadītspējas izmaiņas varētu liecināt par nepieciešamību veikt attīrīšanu.

Šis raksts nepārprotami ir par elektrovadītspēju. Fizikā jūs, visticamāk, dzirdēsiet par siltuma vadīšanu, kas nedaudz atšķiras, jo siltumu mēra enerģijā, bet elektrība, kas var nodrošināt enerģiju, nav.

Materiāla siltumvadītspējas izmaiņām ir tendence paralēli mainīties tā elektrovadītspējai, lai arī parasti tās nav vienā un tajā pašā mērogā. Viena no interesantajām materiālu īpašībām ir tā, ka, lai gan lielākā daļa no tām karsēšanas laikā kļūst sliktāki vadītāji (jo daļiņas strauji svilpo apkārt) un ātrāk, temperatūrai kāpjot, tie, visticamāk, "traucēs" elektroniem), tas neattiecas uz materiālu klasi, ko sauc pusvadītāji.