Alle som tilbringer mye tid rundt et svømmebasseng, oppdager raskt at folk generelt er veldig bekymret for å ha elektriske apparater i nærheten av vannet - desto mer hvis de tilfeldigvis er koblet til i.
Dette er faktisk sant i de fleste situasjoner der det er et tilstrekkelig vannmagasin hvor som helst i nærheten av kjente strømmer av elektrisk strøm. Takket være ledningsevnen til vann, er den djevelske "brødristeren i badekaret" noe av en elsket klisje i historier om mord-mysterier på den gamle skolen.
Poenget her er ikke at du kan skade deg selv med strøm, men det er alltid viktig å huske på; det er at de fleste våkne voksne, og for den saks skyld ungdommer på ungdomsskolen, vet å unngå å blande vann med strøm i hvilken som helst form, enten de kan fysikk eller ikke. (Faktisk vedvarer noen altfor forsiktige ideer, for eksempel forestillingen om at du sannsynligvis vil få et sjokk hvis du så mye som berører en plastbryter når fingrene er våte.)
Viktigere foreløpig er spørsmålet om hvordan elektrisitet "strømmer" i det minste
noenvæsker når minstnoenfaste stoffer kan inneholde den. Er det bare vann som samhandler med strøm på denne måten? Hva med sølt melk eller juice? Og mer generelt, hvilke egenskaper av materie som bidrar til verdien av densledningsevne?Grunnleggende om elektrisitet
Fenomenet kjent som elektrisitet er egentlig ikke mer enn bevegelsen avelektronergjennom et slags fysisk medium, eller materiale.
Du kan ikke tenke på luft som et materiale, men faktisk luft rik på forskjellige molekyler du ikke kan se, hvorav mange kan delta i elektrisk strøm. Du kan tydeligvis ikke se elektroner, så hvis du tror på elektrisitet, bør du tro at utrolig små ting spiller en stor rolle i oppførselen til dagligdagse materialer!
Ulike materialer tillater denne passasjen av elektroner - og med dem, deres elektriske ladninger - i forskjellige grader, avhengig av deres individuelle molekylære og atomstrukturer. Jo færre kollisjoner med andre små gjenstander som oppleves ved glidelås, jo lettere overføres de gjennom den aktuelle saken.
Den generelle ligningen for strømmen er
I = \ frac {V} {R}
hvorJeger strøm i ampere,Ver elektrisk potensialforskjell i volt ("spenning") ogRer motstanden i ohm. Motstand er relatert til ledningsevne, som du snart vil lære.
Hva er konduktivitet?
Konduktivitet, eller mer formeltelektrisk ledning, er et matematisk mål på materialets evne til å lede elektrisitet. Det er representert med den greske bokstaven sigma(σ)og dens SI (metrisk system) enhet ersiemens per meter (S / m).
- Siemen kalles også amho, som er "ohm" stavet bakover. Dette begrepet hadde imidlertid falt ut av vanlig bruk på slutten av det 20. århundre.
Ledningsevne er bare den matematiske gjensidigheten avmotstand.Resistivitet er representert av den lille greske bokstaven rho (ρ) og måles i ohm-meter (Ωm), noe som betyr at S / m også kan beskrives som en gjensidig ohm-meter (1 / Ωm eller Ωm-1). I forlengelsen kan du se at en siemen er gjensidig av en ohm. Sidendirigerenoe sammen i den virkelige verden er det motsatte avmotståsin passasje, gir dette fysisk mening.
Ledningsevnen til et materiale er en iboende egenskap for det materialet og ikke relatert til hvordan en krets eller et annet system er satt sammen, noe som regnes av "per meter" i siemen-enheten. Det er relatert til motstanden til et materiale, ofte en ledning i fysikkproblemer som involverer disse situasjonene, ved uttrykket
R = \ frac {\ rho L} {A}
hvorLer lengden hvis ledningen i m ogENdens tverrsnittsareal i m2.
Konduktivitet vs. Ledningsevne
Som nevnt er ledningsevne ikke avhengig av eksperimentell oppsett og er bare en refleksjon av hvordan et gitt materiale (fast, flytende eller gassformig) "er." Noen materialer lage naturlige ledere (og dermed dårlige motstander) mens andre kan lede strøm svakt eller ikke i det hele tatt og lage gode motstander (eller elektriske) isolatorer).
Med en elektrisk krets kan du manipulere oppsettet slik at du kan få det strømnivået du liker gitt hvilken kombinasjon av motstandselementer du inkluderer. Dette er grunnen til at motstand er utpektRog har ingen lengde i enhetene; det er et mål på et systems egenskaper, ikke et materiale. Tilsvarende,konduktans(symbolisert ved bokstavenGog målt i siemen) fungerer på samme måte. Men det er normalt mer praktisk å brukeRellerρenn det er å gå medGellerσ.
Tenk som en analogi at treneren til et fotballag kan endre styrken og farten til sine individuelle spillere, men til slutt, hver fotball teamet som eksisterer har de samme viktige begrensningene: 11 menneskelige spillere på en side, som varierer i fysiske evner, men har samme grunnleggende eiendommer.
Elektrisk ledning og vann: En oversikt
Det mest sjokkerende du vil lære i denne artikkelen (og det er ikke bare en ordspill, ærlig!) Er at vann strengt tatt er en forferdelig leder av elektrisitet. Det vil si ren H2O (hydrogen og oksygen i forholdet 2: 1) leder ikke strøm.
Som du uten tvil allerede har konkludert med, betyr dette at det å møte virkelig rent vann er noe som egentlig aldri skjer. Selv i laboratorieinnstillinger er det enkelt for ioner (ladede partikler) å "snike seg" inn i vann som er kondensert fra ren damp, dvs. destillert.
Vann fra rør og direkte fra naturlige kilder er alltid rik på urenheter som mineraler, kjemikalier og forskjellige oppløste stoffer. Dette er ikke nødvendigvis en dårlig ting, selvfølgelig; alt saltet i havvann, for eksempel, gjør det litt lettere å flyte i sjøen hvis det er spillet ditt.
Når det skjer, er bordsalt (natriumklorid eller NaCl) et av de bedre kjente stoffene som kan frarøve vann sine isolerende egenskaper når de er oppløst i H.2O.
Betydningen av ledningsevne i vann
Ledningsevnen til vann i amerikanske elver varierer mye fra ca. 50 til 1500 µS / cm. Innlands ferskvannsstrømmer som lar fisk trives har vanligvis mellom 150 og 500 µS / cm. Høyere eller lavere ledningsevne kan indikere at vannet ikke er egnet for visse arter av fisk eller makroinvertebrater. Industrivann kan variere så høyt som 10 000 µS / cm.
Ledningsevne er et indirekte mål på for eksempel strøm av vannkvalitet. Hver vannvei har et relativt konstant område som kan brukes som en grunnledningsevne for drikkevannsstandard. Regelmessige konduktivitetsvurderinger utført ved hjelp av avannledningsmåler. Store endringer i ledningsevne kan signalisere behovet for en oppryddingsinnsats.
Termisk ledningsevne
Denne artikkelen handler tydelig om elektrisk ledningsevne. Men i fysikk vil du sannsynligvis høre om ledning av varme, som er litt annerledes fordi varme måles i energi, mens elektrisitet, som kan gi energi, ikke er det.
Endringer i materialets varmeledningsevne har en tendens til parallelle endringer i dets elektriske ledningsevne, men vanligvis ikke i samme skala. En interessant egenskap ved materialer er at mens de fleste av dem blir dårligere ledere når de varmes opp (når partikler suser raskere og raskere når temperaturen klatrer, er det mer sannsynlig at de "forstyrrer" elektroner), dette gjelder ikke en klasse materialer halvledere.