Zakaj je prevodnost pomembna?

Kdor preživi veliko časa okoli bazena, hitro ugotovi, da so ljudje na splošno zelo zaskrbljeni zaradi električnih naprav v bližini vode - še toliko bolj, če so slučajno priključene v.

To dejansko velja za večino situacij, ko obstaja zadosten rezervoar vode v bližini znanih tokov električnega toka. Zahvaljujoč prevodnosti vode je diabolični zločin "toaster v kadi" nekaj ljubljenega klišeja v starošolskih, skrivnostnih zgodbah.

Bistvo tukaj ni v tem, da bi se lahko poškodovali z elektriko, vendar je to vedno treba upoštevati; najbolj pozorni odrasli in v tem primeru otroci srednje šole se znajo izogibati mešanju vode s tokom v kakršni koli obliki, ne glede na to, ali poznajo fiziko ali ne. (Dejansko obstajajo nekatere preveč previdne ideje, na primer ideja, da boste verjetno šokirani, če se dotaknete plastičnega stikala za luč, ko so mokri prsti.)

Zaenkrat je bolj pomembno vprašanje, kako vsaj "teče" elektrikanekajtekočin, kadar je vsajnekajtrdne snovi ga lahko vsebujejo. Ali je le voda tista, ki na tak način komunicira z elektriko? Kaj pa razlito mleko ali sok? In bolj splošno, katere lastnosti snovi prispevajo k vrednosti le-teh

Pojav, znan kot elektrika, v resnici ni nič drugega kot gibanjeelektroniskozi nekakšen fizični medij ali material.

Morda ne mislite na zrak kot na material, v resnici pa na zrak, bogat z različnimi molekulami, ki jih ne morete videti, od katerih jih veliko lahko sodeluje v električnem toku. Očitno ne vidite elektronov, zato, če verjamete v elektriko, bi morali verjeti, da imajo osupljivo majhne stvari veliko vlogo pri obnašanju vsakdanjih materialov!

Različni materiali omogočajo ta prehod elektronov - in z njimi tudi njihove električne naboje - v različnih stopnjah, odvisno od njihove posamezne molekularne in atomske strukture. Manj trkov z drugimi drobnimi predmeti, ki jih doživijo zadrge elektronov, lažje se prenašajo skozi zadevno snov.

Splošna enačba za pretok toka je

kjejaztrenutni pretok v amperih,Vje razlika električnega potenciala v voltih ("napetost") inRje upornost v ohmih. Kot se boste kmalu naučili, je odpornost povezana s prevodnostjo.

Prevodnost ali bolj formalnoelektrična prevodnost, je matematično merilo sposobnosti materiala za prevajanje električne energije. Predstavlja ga grška črka sigma(σ)njegova enota SI (metrični sistem) pa jesiemens na meter (S / m)​.

• Siemens se imenuje tudi amho, ki je "ohm" zapisano nazaj. Vendar pa ta izraz do konca 20. stoletja ni več v splošni rabi.

Prevodnost je le matematična vzajemnost vrednostiupornost.Upornost predstavlja majhna grška črka rho (ρ) in se meri v ohmskih metrih (Ωm), kar pomeni, da lahko S / m opišemo tudi kot povratni ohm-meter (1 / Ωm ali Ωm^-1). Kot razširitev lahko vidite, da je siemen vzajemna vrednost ohma. Oddirigiranjenekaj v resničnem svetu je nasprotnoupiranjeto je fizično smiselno.

Prevodnost materiala je bistvena lastnost tega materiala in ni povezana s tem, kako je sestavljen krog ali drug sistem, kar se upošteva s "na meter" v enoti siemens. Z izrazom je povezan z odpornostjo materiala, pogosto žice pri fizikalnih težavah, ki vključujejo te situacije

kjeLje dolžina, če je žica v m inAnjegova površina preseka v m².

Kot smo že omenili, prevodnost ni odvisna od eksperimentalne postavitve in je le odraz tega, kako je določen material (trden, tekoč ali plinast). Nekaj ​​materialov naravno izdelujejo močne vodnike (in s tem slabe upore), drugi pa lahko elektriko prevajajo šibko ali pa sploh ne in izdelujejo dobre upore (ali električne izolatorji).

Z električnim tokokrogom lahko manipulirate s postavitvijo, tako da lahko dobite poljubno raven toka, glede na kombinacijo uporovnih elementov, ki jih vključite. Zato je označena odpornostRin v svojih enotah nima dolžine; to je merilo lastnosti sistema, ne lastnosti materiala. Skladno s temprevodnost(simbolizira črkaGin merjeno v siemens) deluje na enak način. Vendar je običajno bolj priročno za uporaboRaliρkot gre s temGaliσ​.

Kot analogijo upoštevajte, da lahko trener nogometne ekipe spremeni moč in hitrost posameznih igralcev, vendar na koncu vsak nogomet obstoječa ekipa ima enake bistvene omejitve: 11 človeških igralcev na stran, ki se razlikujejo po svojih fizičnih zmožnostih, vendar imajo enake osnovne lastnosti.

Najbolj šokantno, kar se boste naučili v tem članku (in to ni samo igra besed, iskreno!) Je, da je voda, strogo gledano, strašen prevodnik električne energije. Se pravi, čisti H₂O (vodik in kisik v razmerju 2: 1) ne prevaja elektrike.

Kot ste nedvomno že zaključili, to pomeni, da je srečanje z zares čisto vodo nekaj, kar se v bistvu nikoli ne zgodi. Tudi v laboratorijskih nastavitvah se ioni (nabiti delci) enostavno "prikradejo" v vodo, ki je bila zgoščena iz čiste pare, torej destilirana.

Voda iz cevi in ​​neposredno iz naravnih virov je vedno bogata z nečistočami, kot so minerali, kemikalije in različne raztopljene snovi. To seveda ni nujno slabo; na primer vsa ta sol v oceanski vodi nekoliko olajša plavanje v morju, če je to vaša igra.

Tako se zgodi, da je kuhinjska sol (natrijev klorid ali NaCl) ena bolj znanih snovi, ki lahko vodo raztopi v H₂O.

Prevodnost vode v ameriških rekah se giblje med 50 in 1500 µS / cm. Celinski sladkovodni tokovi, ki ribam omogočajo uspeh, imajo običajno med 150 in 500 µS / cm. Višja ali nižja prevodnost lahko kaže, da voda ni primerna za nekatere vrste rib ali makronevretenčarje. Industrijske vode lahko dosežejo tudi 10.000 µS / cm.

Prevodnost je posredno merilo na primer kakovosti vode v toku. Vsaka plovna pot se ponaša z razmeroma konstantnim obsegom, ki ga lahko uporabimo kot osnovni standard prevodnosti pitne vode. Redne ocene prevodnosti, opravljene z uporabo amerilnik prevodnosti vode. Večje spremembe prevodnosti bi lahko pomenile potrebo po čiščenju.

Ta članek jasno govori o električni prevodnosti. V fiziki pa boste verjetno slišali za prevodnost toplote, ki je nekoliko drugačna, ker se toplota meri v energiji, medtem ko elektrika, ki lahko zagotavlja energijo, ni.

Spremembe toplotne prevodnosti materiala ponavadi vzporedno spreminjajo njegovo električno prevodnost, čeprav običajno ne v istem merilu. Ena zanimiva lastnost materialov je, da medtem ko večina med segrevanjem postane slabši vodniki (saj delci hitreje pihajo in hitreje, ko se temperatura dviguje, je verjetneje, da "motijo" elektrone), to ne velja za razred materialov, imenovanih polprevodniki.