Почему важна проводимость?

Любой, кто проводит много времени у бассейна, быстро обнаруживает, что люди, как правило, очень обеспокоены наличием электрических устройств рядом с водой - тем более, если они подключены к розетке в.

Фактически, это верно для большинства ситуаций, когда достаточный резервуар воды существует где-то рядом с известными потоками электрического тока. Из-за проводимости воды дьявольское преступление «тостер в ванной» стало чем-то вроде излюбленного клише в старых школьных детективных историях об убийствах.

Дело здесь не в том, что вы можете пораниться электричеством, хотя всегда важно помнить об этом; это то, что самые бдительные взрослые, и в этом отношении дети средней школы, знают, что нельзя смешивать воду с течением в любой форме, независимо от того, знают они физику или нет. (На самом деле, некоторые излишне осторожные идеи сохраняются, например, мысль о том, что вы, вероятно, испытаете шок, если дотронетесь до пластикового выключателя света, когда ваши пальцы влажные.)

На данный момент более важным является вопрос о том, как электричество «течет» по крайней мере в

Явление, известное как электричество, на самом деле не более чем движениеэлектронычерез какую-то физическую среду или материал.

Вы можете не думать о воздухе как о материале, но на самом деле воздух богат различными молекулами, которые вы не видите, многие из которых могут участвовать и действительно участвуют в электрическом потоке. Вы просто не можете видеть электроны, поэтому, если вы верите в электричество, вы должны верить, что удивительно крошечные вещи играют огромную роль в поведении обычных материалов!

Различные материалы позволяют электронам, а вместе с ними и их электрическим зарядам, проходить в разной степени, в зависимости от их индивидуальных молекулярных и атомных структур. Чем меньше столкновений с другими крошечными объектами происходит при перемещении электронов, тем легче они передаются через рассматриваемую материю.

Общее уравнение для текущего потока:

гдеяток в амперах,Vэто разность электрических потенциалов в вольтах («напряжение») ирсопротивление в Ом. Как вы скоро узнаете, сопротивление связано с проводимостью.

Проводимость, или более формальноэлектрическая проводимость, является математической мерой способности материала проводить электричество. Он представлен греческой буквой сигма.(σ)а его единица СИ (метрическая система) - этосименс на метр (См / м)​.

• Сименс также называютМхо, что означает "ом" в обратном направлении. Однако к концу 20 века этот термин вышел из употребления.

Электропроводность - это математическая величина, обратная величинеудельное сопротивление.Удельное сопротивление обозначается маленькой греческой буквой ро (ρ) и измеряется в ом-метрах (Ом · м), что означает, что См / м также можно описать как обратный ом-метр (1 / Ом · м или Ом · м).^-1). В более широком смысле, вы можете видеть, что siemen - это величина, обратная ому. Спроведениечто-то в реальном мире противоположносопротивлениеего прохождение, это имеет физический смысл.

Электропроводность материала является неотъемлемым свойством этого материала и не зависит от того, как собирается цепь или другая система, что учитывается как «на метр» в единицах сименса. Это связано с сопротивлением материала, часто проволоки в физических задачах, связанных с этими ситуациями, выражением

гдеLдлина провода в м иАего площадь поперечного сечения в м².

Как уже отмечалось, проводимость не зависит от экспериментальной установки и является просто отражением того, как «является» данный материал (твердый, жидкий или газообразный). Некоторые материалы естественно делать сильные проводники (и, следовательно, плохие резисторы), в то время как другие могут проводить электричество слабо или совсем не проводить и создавать хорошие резисторы (или электрические изоляторы).

С помощью электрической схемы вы можете манипулировать настройкой, чтобы получить любой уровень тока, который вам нравится, с любой комбинацией элементов сопротивления, которые вы включаете. Вот почему обозначено сопротивлениери не имеет длины в своих единицах; это мера свойств системы, а не материала. Соответственно,проводимость(обозначается буквойграмми измеряется в сименсах) работает точно так же. Но обычно удобнее использоватьрили жеρчем идти сграммили жеσ​.

В качестве аналогии представьте, что тренер футбольной команды может изменять силу и скорость отдельных игроков, но, в конце концов, каждый футбол Существующая команда имеет те же существенные ограничения: 11 игроков с каждой стороны, различающиеся по своим физическим способностям, но имеющие одинаковые базовые характеристики.

Самое шокирующее, что вы узнаете из этой статьи (и это не просто игра слов, честно!), Это то, что вода, строго говоря, ужасный проводник электричества. То есть чистый H₂О (водород и кислород в соотношении 2: 1) не проводит электричество.

Как вы, без сомнения, уже сделали вывод, это означает, что встреча по-настоящему чистой воды - это то, чего никогда не бывает. Даже в лабораторных условиях ионы (заряженные частицы) легко «проникают» в воду, которая была конденсирована из чистого пара, то есть дистиллированной.

Вода из труб и непосредственно из природных источников неизменно богата примесями, такими как минералы, химические вещества и различные растворенные вещества. Конечно, это не обязательно плохо; Например, вся эта соль в океанской воде облегчает плавание в море, если это ваша игра.

Как оказалось, поваренная соль (хлорид натрия или NaCl) является одним из наиболее известных веществ, которые могут лишить воду ее изоляционных свойств при растворении в H₂О.

Электропроводность воды в реках США колеблется в широких пределах от 50 до 1500 мкСм / см. Внутренние пресноводные водотоки, позволяющие рыбе процветать, обычно имеют уровень от 150 до 500 мкСм / см. Более высокая или более низкая проводимость может указывать на то, что вода не подходит для определенных видов рыб или макробеспозвоночных. Промышленные воды могут достигать 10 000 мкСм / см.

Электропроводность является косвенным показателем, например, качества воды в ручье. Каждый водный путь имеет относительно постоянный диапазон, который может использоваться в качестве базового стандарта проводимости питьевой воды. Регулярные оценки проводимости с использованиемизмеритель проводимости воды. Значительные изменения проводимости могут сигнализировать о необходимости проведения очистки.

Эта статья явно посвящена электропроводности. Однако в физике вы, вероятно, услышите о теплопроводности, которая немного отличается, потому что тепло измеряется в энергии, а электричество, которое может обеспечивать энергию, - нет.

Изменения теплопроводности материала имеют тенденцию к параллельным изменениям его электропроводности, хотя обычно не в одном масштабе. Одно интересное свойство материалов заключается в том, что, хотя большинство из них становятся худшими проводниками при нагревании (поскольку частицы вращаются быстрее и быстрее, чем выше температура, они с большей вероятностью будут "мешать" электронам), это не относится к классу материалов, называемых полупроводники.