Každý, kto trávi veľa času pri bazéne, rýchlo zistí, že ľudia sú vo všeobecnosti veľmi dobrí obavy z mať elektrické prístroje v blízkosti vody - o to viac, ak sú náhodou zapojené v.
To platí v skutočnosti pre väčšinu situácií, keď existuje dostatočný rezervoár vody kdekoľvek v blízkosti známych tokov elektrického prúdu. Vďaka vodivosti vody je diabolský zločin „hriankovač vo vani“ čosi ako milované klišé v príbehoch o starej škole, vraždách a záhadách.
Nejde o to, že by ste si mohli ublížiť elektrinou, aj keď je to vždy potrebné pamätať; je to to, že najviac ostražití dospelí, a teda aj deti zo strednej školy, vedia, ako sa vyhnúť miešaniu vody s prúdom v akejkoľvek podobe, bez ohľadu na to, či poznajú fyziku alebo nie. (V skutočnosti pretrvávajú niektoré príliš opatrné nápady, napríklad predstava, že pravdepodobne šokujete, ak sa dotknete plastového spínača svetla, keď sú vaše prsty mokré.)
Dôležitejšia je zatiaľ otázka, ako minimálne „prúdi“ elektrinaniektorékvapaliny, keď najmenejniektoré
tuhá látka to môže obsahovať. Je to iba voda, ktorá takýmto spôsobom interaguje s elektrinou? Čo s rozliatym mliekom alebo džúsom? A všeobecnejšie, aké vlastnosti hmoty prispievajú k hodnote tohovodivosť?Základy elektrickej energie
Fenomén známy ako elektrina nie je v skutočnosti nič iné ako pohyb elektrinyelektrónyprostredníctvom nejakého fyzického média alebo materiálu.
Možno si nebudete myslieť, že vzduch je materiál, ale v skutočnosti vzduch bohatý na rôzne molekuly, ktoré nevidíte, pričom veľa z nich sa môže podieľať na elektrickom prúdení. Očividne nevidíte elektróny, takže ak veríte v elektrinu, mali by ste veriť, že v správaní materiálov všedného dňa hrajú ohromnú úlohu malé veci!
Rôzne materiály umožňujú tento prechod elektrónov - a spolu s nimi aj ich elektrické náboje - v rôznej miere v závislosti od ich jednotlivých molekulárnych a atómových štruktúr. Čím menej zrážok s inými drobnými predmetmi zažije zipsovanie elektrónov, tým ľahšie sa prenášajú danou hmotou.
Všeobecná rovnica pre prúdový prúd je
I = \ frac {V} {R}
kdeJaje prúdový prúd v ampéroch,V.je rozdiel elektrického potenciálu vo voltoch ("napätie") aRje odpor v ohmoch. Ako sa čoskoro dozviete, odpor súvisí s vodivosťou.
Čo je vodivosť?
Vodivosť alebo formálnejšieelektrická vodivosť, je matematická miera schopnosti materiálu viesť elektrinu. Predstavuje ho grécke písmeno sigma(σ)a jeho jednotka SI (metrický systém) jesiemens na meter (S / m).
- Siemens sa tiež nazýva amho, ktorý je „ohm“ napísaný dozadu. Tento termín však z bežného používania vypadol na konci 20. storočia.
Vodivosť je iba matematická reciprocitaodpor.Rezistivita je reprezentovaná malým gréckym písmenom rho (ρ) a meria sa v ohm-metroch (Ωm), čo znamená, že S / m možno tiež opísať ako recipročný ohm-meter (1 / Ωm alebo Ωm)-1). Podľa rozšírenia môžete vidieť, že siemen je prevrátená hodnota ohmu. Odkedydirigovanieniečo v skutočnom svete je opakomvzdorujúcijeho prechod, to dáva fyzický zmysel.
Vodivosť materiálu je vnútornou vlastnosťou tohto materiálu a nesúvisí s tým, ako je zostavený obvod alebo iný systém, čo predstavuje "na meter" v jednotke siemens. Súvisí to s odporom materiálu, často drôtu vo fyzikálnych problémoch týkajúcich sa týchto situácií, prejavom
R = \ frac {\ rho L} {A}
kdeĽje dĺžka, ak je drôt vm aAjeho prierezová plocha v m2.
Vodivosť vs. Vodivosť
Ako bolo uvedené, vodivosť nezávisí od experimentálneho usporiadania a je iba odrazom toho, aký je daný materiál (pevný, kvapalný alebo plynný) „“. Niektoré materiály prirodzene vytvárajú silné vodiče (a teda slabé odpory), zatiaľ čo iné môžu viesť elektrinu slabo alebo vôbec, a môžu vytvárať dobré odpory (alebo elektrické izolátory).
Pomocou elektrického obvodu môžete manipulovať s nastavením tak, aby ste pri akejkoľvek kombinácii odporových prvkov, ktorú máte k dispozícii, dostali ľubovoľnú hladinu prúdu, ktorá sa vám páči. Preto sa kladie odporRa vo svojich jednotkách nemá dĺžku; je to miera vlastností systému, nie materiálu. V súlade s týmvodivosť(symbolizované listomGa merané v siemens) funguje rovnako. Ale zvyčajne je to pohodlnejšieRaleboρako to má ísťGaleboσ.
Analogicky si uvedomte, že tréner futbalového tímu môže meniť silu a rýchlosť svojich jednotlivých hráčov, ale nakoniec každý tím, ktorý existuje, má rovnaké základné obmedzenia: 11 ľudských hráčov v strane, ktorí sa líšia svojimi fyzickými schopnosťami, ale majú rovnaké základné vlastnosti.
Elektrická vodivosť a voda: prehľad
Najšokujúcejšie, čo sa v tomto článku dozviete (a to nie je iba slovná hračka, úprimné!), Je to, že voda je, prísne povedané, strašný vodič elektriny. To znamená, čistý H2O (vodík a kyslík v pomere 2: 1) nevedie elektrinu.
Ako ste už nepochybne dospeli k záveru, znamená to, že stretnutie so skutočne čistou vodou je niečo, čo sa v podstate nikdy nestane. Aj v laboratórnom prostredí je pre ióny (nabité častice) ľahké „vkradnúť sa“ do vody kondenzovanej z čistej pary, t. J. Destilovanej.
Voda z potrubí a priamo z prírodných zdrojov je vždy bohatá na nečistoty, ako sú minerály, chemikálie a rôzne rozpustené látky. To samozrejme nemusí byť nevyhnutne zlá vec; celá táto soľ napríklad vo vode oceánu uľahčuje mierne vznášanie sa v mori, ak je to vaša hra.
Ako to býva, kuchynská soľ (chlorid sodný alebo NaCl) je jednou z najznámejších látok, ktorá pri rozpustení v H môže okrádať vodu o svoje izolačné vlastnosti.2O.
Dôležitosť vodivosti vo vode
Vodivosť vody v amerických riekach sa pohybuje v širokom rozmedzí od asi 50 do 1 500 µS / cm. Vnútrozemské sladkovodné toky, ktoré umožňujú prosperitu rýb, mávajú zvyčajne medzi 150 a 500 µS / cm. Vyššia alebo nižšia vodivosť môže naznačovať, že voda nie je vhodná pre určité druhy rýb alebo makroobratovcov. Priemyselné vody sa môžu pohybovať až na 10 000 µS / cm.
Vodivosť je nepriamym meradlom napríklad kvality vody v potoku. Každá vodná cesta sa môže pochváliť relatívne konštantným rozsahom, ktorý je možné použiť ako základnú vodivosť štandardu pitnej vody. Pravidelné hodnotenia vodivosti sa vykonávajú pomocou amerač vodivosti vody. Zásadné zmeny vo vodivosti by mohli signalizovať potrebu čistenia.
Tepelná vodivosť
Tento článok je jednoznačne o elektrickej vodivosti. Vo fyzike však pravdepodobne budete počuť o vedení tepla, ktoré sa trochu líši, pretože teplo sa meria v energii, zatiaľ čo elektrina, ktorá môže dodávať energiu, nie.
Zmeny v tepelnej vodivosti materiálu majú tendenciu paralelne meniť jeho elektrickú vodivosť, aj keď nie zvyčajne v rovnakom rozsahu. Jednou zaujímavou vlastnosťou materiálov je, že zatiaľ čo väčšina z nich sa pri zahrievaní stáva horšími vodičmi (pretože častice rýchlejšie svištia) a rýchlejšie ako teplota stúpa, je pravdepodobnejšie, že „interferujú“ s elektrónmi), to neplatí pre triedu materiálov tzv. polovodiče.