Każdy, kto spędza dużo czasu przy basenie, szybko odkrywa, że ludzie są na ogół bardzo zaniepokojony posiadaniem urządzeń elektrycznych w pobliżu wody – tym bardziej, jeśli zdarzy się, że zostaną podłączone w.
W rzeczywistości jest to prawdą w większości sytuacji, w których w pobliżu znanych przepływów prądu elektrycznego istnieje wystarczający zbiornik wody. Dzięki przewodnictwu wody diaboliczna zbrodnia „toster w wannie” jest ukochanym frazesem w oldschoolowych opowieściach o morderczej tajemnicy.
Nie chodzi o to, że możesz zranić się elektrycznością, choć zawsze należy o tym pamiętać; to właśnie najbardziej czujni dorośli, a także dzieci w wieku gimnazjalnym, wiedzą, jak unikać mieszania wody z prądem w jakiejkolwiek formie, niezależnie od tego, czy znają fizykę, czy nie. (W rzeczywistości utrzymują się niektóre nadmiernie ostrożne pomysły, takie jak przekonanie, że prawdopodobnie doznasz szoku, jeśli dotkniesz plastikowego włącznika światła, gdy masz mokre palce.)
Ważniejsze na razie jest pytanie, w jaki sposób elektryczność „płynie” przynajmniej w tym czasie ..
trochępłyny, gdy przynajmniejtrochęciała stałe mogą go zawierać. Czy to tylko woda wchodzi w interakcję z elektrycznością? A co z rozlanym mlekiem lub sokiem? A bardziej ogólnie, jakie właściwości materii składają się na jej wartość?przewodność?Podstawy energii elektrycznej
Zjawisko znane jako elektryczność jest w rzeczywistości niczym więcej niż ruchemelektronyza pośrednictwem jakiegoś fizycznego medium lub materiału.
Możesz nie myśleć o powietrzu jako materiale, ale w rzeczywistości powietrze bogate w różne cząsteczki, których nie możesz zobaczyć, z których wiele może i bierze udział w przepływie elektrycznym. Po prostu nie widzisz elektronów, więc jeśli wierzysz w elektryczność, powinieneś uwierzyć, że zdumiewająco małe rzeczy odgrywają ogromną rolę w zachowaniu materiałów codziennego użytku!
Różne materiały pozwalają na to przejście elektronów – a wraz z nimi ich ładunków elektrycznych – w różnym stopniu, w zależności od ich indywidualnych struktur molekularnych i atomowych. Im mniej zderzeń z innymi drobnymi obiektami doświadczanych przez rozpinanie elektronów, tym łatwiej są one przepuszczane przez daną materię.
Ogólne równanie przepływu prądu to
I=\frac{V}{R}
gdziejajest przepływ prądu w amperach,Vjest różnicą potencjałów elektrycznych w woltach ("napięcie") iRto rezystancja w omach. Opór jest związany z przewodnictwem, o czym wkrótce się przekonasz.
Co to jest przewodnictwo?
Przewodnictwo, czyli bardziej formalnieprzewodność elektryczna, jest matematyczną miarą zdolności materiału do przewodzenia elektryczności. Jest reprezentowana przez grecką literę sigma(σ)a jego jednostką SI (system metryczny) jestsiemensów na metr (S/m).
- Siemens jest również nazywany a calledmho, czyli „om” pisane od tyłu. Termin ten wyszedł jednak z powszechnego użytku pod koniec XX wieku.
Przewodnictwo to tylko matematyczna odwrotnośćoporność.Oporność jest reprezentowana przez małą grecką literę rho (ρ) i jest mierzona w om-metrach (Ωm), co oznacza, że S/m można również opisać jako odwrotność omomierza (1/Ωm lub Ωm-1). Co za tym idzie, widać, że siemen jest odwrotnością oma. Oddyrygowaniecoś w prawdziwym świecie jest przeciwieństwemoporowyjego przejście ma sens fizyczny.
Przewodność materiału jest nieodłączną właściwością tego materiału i niezwiązaną ze sposobem montażu obwodu lub innego systemu, co jest rozliczane przez „na metr” w jednostce siemensa. Jest to związane z oporem materiału, często drutem, w problemach fizycznych obejmujących te sytuacje, przez wyrażenie:
R=\frac{\rho L}{A}
gdzieLto długość przewodu w m i mZAjego pole przekroju w m2.
Przewodność a Przewodnictwo
Jak już wspomniano, przewodnictwo nie zależy od konfiguracji eksperymentalnej i jest tylko odzwierciedleniem tego, jak „jest” dany materiał (stały, ciekły lub gazowy). Niektóre materiały naturalnie wytwarzają mocne przewodniki (a tym samym słabe rezystory), podczas gdy inne mogą słabo przewodzić prąd lub wcale i wytwarzać dobre rezystory (lub elektryczne izolatory).
Za pomocą obwodu elektrycznego możesz manipulować konfiguracją, aby uzyskać dowolny poziom prądu, biorąc pod uwagę dowolną kombinację elementów oporowych, które zawierasz. Dlatego wyznaczony jest opórRi nie ma długości w swoich jednostkach; jest miarą właściwości systemu, a nie materiału. Odpowiednio,przewodnictwo(symbolizowany przez literęsoli mierzone w siemensach) działa w ten sam sposób. Ale zwykle jest wygodniejszy w użyciuRlubρniż ma iść zsollubσ.
Jako analogię rozważmy, że trener drużyny piłkarskiej może zmienić siłę i szybkość poszczególnych zawodników, ale ostatecznie każda piłka nożna istniejąca drużyna ma te same podstawowe ograniczenia: 11 ludzkich graczy po jednej stronie, różniących się zdolnościami fizycznymi, ale mających te same podstawowe nieruchomości.
Przewodność elektryczna i woda: przegląd
Najbardziej szokującą rzeczą, której dowiesz się z tego artykułu (i nie jest to tylko kalambur, szczerze!) jest to, że woda, ściśle mówiąc, jest okropnym przewodnikiem elektryczności. To znaczy, czysty H2O (wodór i tlen w stosunku 2:1) nie przewodzi prądu.
Jak już zapewne doszedłeś do wniosku, oznacza to, że spotkanie z naprawdę czystą wodą jest czymś, co zasadniczo nigdy się nie zdarza. Nawet w warunkach laboratoryjnych jony (naładowane cząstki) łatwo „wkradają się” do wody skondensowanej z czystej pary, tj. destylowanej.
Woda z rur i bezpośrednio ze źródeł naturalnych jest niezmiennie bogata w zanieczyszczenia, takie jak minerały, chemikalia i różne substancje rozpuszczone. Oczywiście niekoniecznie jest to zła rzecz; Na przykład cała ta sól w wodzie oceanicznej sprawia, że nieco łatwiej jest unosić się na morzu, jeśli to twoja gra.
Tak się składa, że sól kuchenna (chlorek sodu lub NaCl) jest jedną z bardziej znanych substancji, które po rozpuszczeniu w H mogą pozbawić wodę jej właściwości izolacyjnych2O.
Znaczenie przewodnictwa w wodzie
Przewodność wody w rzekach USA waha się w szerokim zakresie, od około 50 do 1500 µS/cm. Śródlądowe strumienie słodkowodne, które pozwalają rybom się rozwijać, mają zwykle od 150 do 500 µS/cm. Wyższe lub niższe przewodnictwo może wskazywać, że woda nie jest odpowiednia dla niektórych gatunków ryb lub makrobezkręgowców. Wody przemysłowe mogą sięgać nawet 10 000 µS/cm.
Przewodność jest pośrednią miarą np. jakości wody w strumieniu. Każda droga wodna może pochwalić się względnie stałym zakresem, który może być wykorzystany jako podstawowa przewodność standardu wody pitnej. Regularne oceny przewodności wykonywane przy użyciumiernik przewodności wody. Poważne zmiany w przewodności mogą sygnalizować potrzebę podjęcia wysiłku oczyszczenia.
Przewodność cieplna
Ten artykuł dotyczy wyraźnie przewodności elektrycznej. Jednak w fizyce prawdopodobnie usłyszysz o przewodzeniu ciepła, które jest nieco inne, ponieważ ciepło jest mierzone w energii, podczas gdy elektryczność, która może dostarczać energię, nie jest.
Zmiany w przewodności cieplnej materiału mają tendencję do równoległych zmian przewodności elektrycznej, choć zwykle nie w tej samej skali. Interesującą właściwością materiałów jest to, że podczas gdy większość z nich staje się gorszymi przewodnikami, gdy są podgrzewane (gdy cząstki wirują szybciej i szybciej, gdy temperatura rośnie, jest bardziej prawdopodobne, że „zakłócają” elektrony), nie dotyczy to klasy materiałów zwanej półprzewodniki.