Por que a condutividade é importante?

Qualquer pessoa que passa muito tempo perto de uma piscina descobre rapidamente que as pessoas geralmente são muito preocupado em ter dispositivos elétricos perto da água - ainda mais se eles estiverem ligados dentro.

Isso é verdade, de fato, na maioria das situações em que existe um reservatório de água suficiente em qualquer lugar próximo a fluxos conhecidos de corrente elétrica. Graças à condutividade da água, o diabólico crime da "torradeira na banheira" é uma espécie de clichê amado nas histórias de mistério de assassinato da velha escola.

O ponto aqui não é que você pode se machucar com eletricidade, embora isso seja sempre vital para se ter em mente; é que a maioria dos adultos atentos, e quanto a isso, crianças do ensino médio, sabem evitar misturar água com corrente em qualquer forma, quer conheçam física ou não. (Na verdade, algumas ideias excessivamente cautelosas persistem, como a noção de que você provavelmente levará um choque se tocar em um interruptor de luz de plástico quando seus dedos estiverem molhados.)

Mais importante por enquanto é a questão de como a eletricidade "flui" em pelo menosalgumlíquidos quando pelo menosalgumsólidos podem contê-lo. É apenas a água que interage com a eletricidade dessa forma? Que tal leite ou suco derramado? E de forma mais geral, quais propriedades da matéria contribuem para o valor de suacondutividade​?

O fenômeno conhecido como eletricidade nada mais é do que o movimento deelétronsatravés de algum tipo de meio físico ou material.

Você pode não pensar no ar como um material, mas, na verdade, ar rico em várias moléculas que você não pode ver, muitas das quais podem e participam do fluxo elétrico. Você simplesmente não pode ver os elétrons, então se você acredita na eletricidade, você deve acreditar que coisas incrivelmente minúsculas desempenham um papel enorme no comportamento dos materiais do dia-a-dia!

Diferentes materiais permitem essa passagem de elétrons - e com eles, de suas cargas elétricas - em diferentes graus, dependendo de suas estruturas moleculares e atômicas individuais. Quanto menos colisões com outros objetos minúsculos experimentadas por elétrons em zigue-zague, mais facilmente eles são transmitidos através da matéria em questão.

A equação geral para o fluxo de corrente é

Ondeeué o fluxo de corrente em amperes,Vé a diferença de potencial elétrico em volts ("tensão") eRé a resistência em ohms. A resistência está relacionada à condutividade, como você aprenderá em breve.

Condutividade, ou mais formalmentecondutância elétrica, é uma medida matemática da capacidade de um material de conduzir eletricidade. É representado pela letra grega sigma(σ)e sua unidade SI (sistema métrico) é osiemens por metro (S / m)​.

• O siemens também é chamado demho, que é "ohm" escrito ao contrário. No entanto, esse termo caiu em desuso no final do século 20.

A condutividade é apenas a recíproca matemática deresistividade.A resistividade é representada pela minúscula letra grega rho (ρ) e é medida em ohm-metros (Ωm), o que significa que o S / m também pode ser descrito como um ohm-metro recíproco (1 / Ωm ou Ωm^-1). Por extensão, você pode ver que um siemen é o inverso de um ohm. Desde aregentealgo no mundo real é o oposto deresistindosua passagem, isso faz sentido físico.

A condutividade de um material é uma propriedade intrínseca desse material e não relacionada à forma como um circuito ou outro sistema é montado, o que é contabilizado pelo "por metro" na unidade siemens. Está relacionado à resistência de um material, muitas vezes um fio em problemas físicos que envolvem essas situações, pela expressão

Ondeeué o comprimento se o fio em m eUMAsua área transversal em m².

Conforme observado, a condutividade não depende da configuração experimental e é apenas um reflexo de como um determinado material (sólido, líquido ou gasoso) "é". Alguns materiais naturalmente fazem condutores fortes (e, portanto, resistores fracos), enquanto outros podem conduzir eletricidade fracamente ou não conduzir e fazer bons resistores (ou elétricos isoladores).

Com um circuito elétrico, você pode manipular a configuração de modo que possa obter o nível de corrente que desejar, dada a combinação de elementos de resistência que incluir. É por isso que a resistência é designadaRe não tem comprimento em suas unidades; é uma medida das propriedades de um sistema, não de um material. De acordo,condutância(simbolizado pela letraGe medido em siemens) funciona da mesma maneira. Mas normalmente é mais conveniente de usarRouρdo que ir comGouσ​.

Como analogia, considere que o treinador de um time de futebol pode mudar a força e a velocidade de seus jogadores individualmente, mas no final, todo futebol equipe existente tem as mesmas restrições essenciais: 11 jogadores humanos de cada lado, variando em suas capacidades físicas, mas tendo o mesmo básico propriedades.

A coisa mais chocante que você aprenderá neste artigo (e isso não é apenas um trocadilho, honestamente!) É que a água, estritamente falando, é um péssimo condutor de eletricidade. Ou seja, puro H₂O (hidrogênio e oxigênio na proporção de 2: 1) não conduz eletricidade.

Como você sem dúvida já concluiu, isso significa que encontrar água verdadeiramente pura é algo que essencialmente nunca acontece. Mesmo em um ambiente de laboratório, é fácil para íons (partículas carregadas) "esgueirar-se" para a água que foi condensada a partir de vapor puro, ou seja, destilada.

A água de canos e diretamente de fontes naturais é invariavelmente rica em impurezas como minerais, produtos químicos e várias substâncias dissolvidas. Isso não é necessariamente uma coisa ruim, é claro; todo aquele sal da água do oceano, por exemplo, torna um pouco mais fácil flutuar no mar, se esse for o seu jogo.

Acontece que o sal de cozinha (cloreto de sódio ou NaCl) é uma das substâncias mais conhecidas que podem roubar a água de suas propriedades isolantes quando dissolvido em H₂O.

A condutividade da água nos rios dos EUA varia amplamente, de cerca de 50 a 1.500 µS / cm. Riachos de água doce do interior que permitem que os peixes se desenvolvam tendem a ter entre 150 e 500 µS / cm. Maior ou menor condutividade pode indicar que a água não é adequada para certas espécies de peixes ou macroinvertebrados. As águas industriais podem chegar a 10.000 µS / cm.

A condutividade é uma medida indireta, por exemplo, da qualidade da água do riacho. Cada hidrovia possui uma faixa relativamente constante que pode ser usada como uma linha de base da condutividade do padrão de água potável. Avaliações regulares de condutividade feitas usando ummedidor de condutividade de água. Mudanças importantes na condutividade podem sinalizar a necessidade de um esforço de limpeza.

Este artigo é claramente sobre condutividade elétrica. Na física, porém, você provavelmente ouvirá sobre a condução de calor, que é um pouco diferente porque o calor é medido em energia, enquanto a eletricidade, que pode fornecer energia, não é.

Mudanças na condutividade térmica de um material tendem a mudanças paralelas em sua condutividade elétrica, embora geralmente não na mesma escala. Uma propriedade interessante dos materiais é que, embora a maioria deles se tornem condutores mais pobres à medida que são aquecidos (conforme as partículas voam mais rápido e mais rápido conforme a temperatura sobe, eles são mais propensos a "interferir" com os elétrons), isso não é verdade para uma classe de materiais chamados semicondutores.