De ce este importantă conductivitatea?

Oricine petrece mult timp în jurul unei piscine descoperă rapid că oamenii sunt, în general, foarte îngrijorat de faptul că există dispozitive electrice lângă apă - cu atât mai mult dacă se întâmplă să fie conectate la priză în.

Acest lucru este adevărat, de fapt, pentru majoritatea situațiilor în care există un rezervor suficient de apă oriunde în apropierea fluxurilor cunoscute de curent electric. Datorită conductibilității apei, crima diabolică „prăjitor de pâine în cadă” este un fel de clișeu îndrăgit în poveștile vechi de școală, de crimă-mister.

Ideea aici nu este că vă puteți răni cu electricitatea, deși este întotdeauna vital să aveți în vedere; adulții cei mai atenți și, de altfel, copiii de gimnaziu știu să se îndepărteze de amestecul apei cu curentul sub orice formă, indiferent dacă cunosc fizica sau nu. (De fapt, persistă unele idei excesiv de prudente, cum ar fi ideea că este posibil să primiți un șoc dacă atingeți întrerupătorul de lumină din plastic atunci când degetele sunt umede.)

Mai importantă pentru moment este întrebarea cum „curge” cel puțin electricitateanistelichide când cel puținnistesolidele îl pot conține. Este doar apa care interacționează cu electricitatea în acest fel? Ce zici de lapte sau suc vărsat? Și mai general, ce proprietăți ale materiei contribuie la valoarea acesteiaconductivitate​?

Fenomenul cunoscut sub numele de electricitate nu este cu adevărat mai mult decât mișcareaelectroniprintr-un fel de mediu fizic sau material.

S-ar putea să nu vă gândiți la aer ca la un material, dar, de fapt, un aer bogat în diverse molecule pe care nu le puteți vedea, dintre care multe pot participa la fluxul electric. În mod clar nu puteți vedea electroni, așa că, dacă credeți în electricitate, ar trebui să credeți că lucrurile uimitor de mici joacă un rol imens în comportamentul materialelor de zi cu zi!

Diferite materiale permit acest pasaj de electroni - și odată cu acestea, sarcinile lor electrice - în grade diferite, în funcție de structurile lor moleculare și atomice individuale. Cu cât sunt mai puține coliziunile cu alte obiecte minuscule experimentate prin închiderea electronilor, cu atât sunt mai ușor de transmis prin materia în cauză.

Ecuația generală pentru fluxul curent este

UndeEueste curentul de curent în amperi,Veste diferența de potențial electric în volți („tensiune”) șiReste rezistența în ohmi. Rezistența este legată de conductivitate, așa cum veți afla în curând.

Conductivitate sau mai formalconductanța electrică, este o măsură matematică a capacității unui material de a conduce electricitatea. Este reprezentată de litera greacă sigma(σ)iar unitatea sa SI (sistem metric) estesiemens pe metru (S / m)​.

• Siemens se mai numește și amho, care este „ohm” scris înapoi. Cu toate acestea, acest termen a căzut din uz comun până la sfârșitul secolului al XX-lea.

Conductivitatea este doar reciprocă matematică arezistivitate.Rezistivitatea este reprezentată de litera greacă mică rho (ρ) și este măsurată în ohm-metri (Ωm), ceea ce înseamnă că S / m poate fi descris și ca ohm-metru reciproc (1 / Ωm sau Ωm^-1). Prin extensie, puteți vedea că un semen este reciprocul unui ohm. De canddirijareceva din lumea reală este opusulrezistândtrecerea sa, acest lucru are sens fizic.

Conductivitatea unui material este o proprietate intrinsecă a acelui material și nu are legătură cu modul în care este asamblat un circuit sau alt sistem, care este contabilizat de „pe metru” din unitatea Siemens. Este legată de rezistența unui material, adesea un fir în problemele fizice care implică aceste situații, prin expresie

UndeLeste lungimea dacă firul în m șiAaria secțiunii sale transversale în m².

După cum sa menționat, conductivitatea nu depinde de configurarea experimentală și este doar o reflectare a modului în care un anumit material (solid, lichid sau gazos) „este”. Unele materiale produc în mod natural conductori puternici (și, prin urmare, rezistențe slabe), în timp ce alții pot conduce electricitatea slab sau deloc și pot produce rezistențe bune (sau electrice) izolatori).

Cu un circuit electric, puteți manipula setarea astfel încât să puteți obține orice nivel de curent doriți, având în vedere orice combinație de elemente de rezistență pe care le includeți. Acesta este motivul pentru care este desemnată rezistențaRși nu are lungime în unitățile sale; este o măsură a proprietăților unui sistem, nu a unui material. În consecinţă,conductanța(simbolizat prin literaGși măsurat în siemens) funcționează la fel. Dar, în mod normal, este mai convenabil de utilizatRsauρdecât este să mergi cuGsauσ​.

Ca analogie, considerați că antrenorul unei echipe de fotbal poate schimba puterea și viteza jucătorilor săi individuali, dar în cele din urmă, fiecare fotbal echipa existentă are aceleași constrângeri esențiale: 11 jucători umani într-o parte, variind în ceea ce privește capacitățile lor fizice, dar având aceleași elemente de bază proprietăți.

Cel mai șocant lucru pe care îl veți afla în acest articol (și asta nu este doar un joc de cuvinte, sincer!) Este că apa, strict vorbind, este un conductor teribil de electricitate. Adică H pur₂O (hidrogen și oxigen într-un raport 2: 1) nu conduce electricitatea.

Așa cum ați concluzionat deja, fără îndoială, acest lucru înseamnă că întâlnirea cu apă pură este ceva ce în esență nu se întâmplă niciodată. Chiar și într-un cadru de laborator, este ușor ca ionii (particulele încărcate) să se „strecoare” în apă care a fost condensată din abur pur, adică distilată.

Apa din conducte și direct din surse naturale este invariabil bogată în impurități precum minerale, substanțe chimice și substanțe dizolvate asortate. Nu este neapărat un lucru rău, desigur; toată acea sare din apa oceanului, de exemplu, ușurează plutirea în mare dacă acesta este jocul tău.

Așa cum se întâmplă, sarea de masă (clorură de sodiu sau NaCl) este una dintre substanțele mai cunoscute care pot răpune apei proprietățile sale izolante atunci când sunt dizolvate în H₂O.

Conductivitatea apei în râurile SUA variază foarte mult, de la aproximativ 50 la 1.500 µS / cm. Fluxurile de apă dulce interioare care permit peștilor să prospere tind să aibă între 150 și 500 µS / cm. Conductivitatea mai mare sau mai mică poate indica faptul că apa nu este potrivită pentru anumite specii de pești sau macroinvertebrate. Apele industriale pot ajunge până la 10.000 µS / cm.

Conductivitatea este o măsură indirectă a, de exemplu, a calității apei din curenți. Fiecare cale navigabilă se mândrește cu un interval relativ constant care poate fi utilizat ca conductivitate de bază a standardului de apă potabilă. Evaluări periodice ale conductivității efectuate cu ajutorul unuiconductometru de apă. Schimbările majore ale conductivității ar putea semnala necesitatea unui efort de curățare.

Acest articol este clar despre conductivitatea electrică. În fizică, totuși, este probabil să auziți despre conducerea căldurii, care este puțin diferită, deoarece căldura este măsurată în energie, în timp ce electricitatea, care poate furniza energie, nu este.

Schimbările în conductivitatea termică a unui material tind să se schimbe în paralel cu conductivitatea sa electrică, deși nu de obicei la aceeași scară. O proprietate interesantă a materialelor este că, în timp ce majoritatea dintre ele devin conductori mai săraci, pe măsură ce sunt încălziți (pe măsură ce particulele se învârt mai repede și mai repede pe măsură ce temperatura urcă, este mai probabil să „interfereze” cu electronii), acest lucru nu este adevărat pentru o clasă de materiale numită semiconductori.