Varför är ledningsförmåga viktigt?

Den som tillbringar mycket tid runt en pool upptäcker snabbt att människor i allmänhet är väldigt mycket oroade över att ha elektriska apparater nära vattnet - desto mer om de råkar vara anslutna i.

Detta är faktiskt sant i de flesta situationer där en tillräcklig vattenbehållare finns någonstans nära kända flöden av elektrisk ström. Tack vare vattnets konduktivitet är den djävulska "brödrosten i badkaret" något av en älskad kliché i historier om mordmysterier på gamla skolor.

Poängen här är inte att du kan skada dig själv med elektricitet, men det är alltid viktigt att komma ihåg; det är att de flesta vaksamma vuxna, och för den delen, barn i grundskolan vet att undvika att blanda vatten med ström i någon form oavsett om de kan fysik eller inte. (Faktum är att vissa alltför försiktiga idéer kvarstår, till exempel uppfattningen att du sannolikt kommer att få en chock om du så mycket som rör vid en plastströmbrytare när fingrarna är våta.)

Viktigare för tillfället är frågan om hur elektricitet "strömmar" åtminstone

Fenomenet som kallas elektricitet är egentligen inte mer än rörelsen avelektronergenom något slags fysiskt medium eller material.

Du kanske inte tänker på luft som ett material, men i själva verket luft rik på olika molekyler som du inte kan se, varav många kan och deltar i det elektriska flödet. Du kan helt enkelt inte se elektroner, så om du tror på elektricitet, borde du tro att förvånansvärt små saker spelar en enorm roll i beteendet hos vardagliga material!

Olika material möjliggör denna passage av elektroner - och därmed deras elektriska laddningar - i olika grader beroende på deras individuella molekylära och atomära strukturer. Ju färre kollisioner med andra små föremål som upplevs genom blixtlås, desto lättare överförs de genom den aktuella saken.

Den allmänna ekvationen för strömflödet är

varJagär strömflöde i ampere,Vär elektrisk potentialskillnad i volt ("spänning") ochRär motståndet i ohm. Motstånd är relaterat till konduktivitet, som du snart lär dig.

Konduktivitet, eller mer formelltelektrisk ledning, är ett matematiskt mått på materialets förmåga att leda elektricitet. Det representeras av den grekiska bokstaven sigma(σ)och dess SI (metriska system) enhet ärsiemens per meter (S / m)​.

• Siemen kallas också amho, som är "ohm" stavat bakåt. Denna term hade dock fallit ur vanligt bruk i slutet av 1900-talet.

Konduktivitet är bara det matematiska ömsesidiga avmotstånd.Resistivitet representeras av den lilla grekiska bokstaven rho (ρ) och mäts i ohm-meter (Ωm), vilket innebär att S / m också kan beskrivas som en ömsesidig ohm-meter (1 / Ωm eller Ωm^-1). Vid förlängning kan du se att en siemen är det ömsesidiga med en ohm. Eftersomdirigeranågot i den verkliga världen är motsatsen tillmotstådess passage, detta är fysiskt vettigt.

Ledningsförmågan hos ett material är en inneboende egenskap hos det materialet och har ingen anknytning till hur en krets eller annat system monteras, vilket redovisas av "per meter" i siemen-enheten. Det är relaterat till motståndet hos ett material, ofta en tråd i fysikproblem som involverar dessa situationer, genom uttrycket

varLär längden om tråden i m ochAdess tvärsnittsarea i m².

Som nämnts beror ledningsförmågan inte på experimentell uppställning och är bara en återspegling av hur ett givet material (fast, flytande eller gasformigt) "är". Vissa material gör naturligt starka ledare (och därmed dåliga motstånd) medan andra kan leda el svagt eller inte alls och göra bra motstånd (eller elektriska) isolatorer).

Med en elektrisk krets kan du manipulera inställningarna så att du kan få vilken strömnivå du vill med tanke på vilken kombination av motståndselement du inkluderar. Det är därför som motstånd utsesRoch har ingen längd i sina enheter; det är ett mått på ett systems egenskaper, inte ett material. Följaktligen,ledningsförmåga(symboliseras av bokstavenGoch mätt i siemen) fungerar på samma sätt. Men det är normalt bekvämare att användaRellerρän det är att gå medGellerσ​.

Tänk som en analogi att tränaren för ett fotbollslag kan ändra styrkan och hastigheten hos sina enskilda spelare, men i slutändan är varje fotboll team i existens har samma väsentliga begränsningar: 11 mänskliga spelare åt sidan, som varierar i deras fysiska förmågor men har samma grundläggande egenskaper.

Det mest chockerande du kommer att lära dig i den här artikeln (och det är inte bara ett ord, ärligt!) Är att vatten strängt taget är en fruktansvärd elektriskt ledare. Det vill säga ren H₂O (väte och syre i förhållandet 2: 1) leder inte elektricitet.

Som du utan tvekan redan har kommit fram till betyder detta att det att möta verkligt rent vatten är något som i princip aldrig händer. Även i laboratorieinställningar är det enkelt för joner (laddade partiklar) att "smyga" in i vatten som har kondenserats från ren ånga, dvs. destillerat.

Vatten från rör och direkt från naturliga källor är alltid rikt på föroreningar som mineraler, kemikalier och diverse upplösta ämnen. Det här är naturligtvis inte nödvändigtvis en dålig sak; allt det saltet i havsvatten gör det till exempel lättare att flyta i havet om det är ditt spel.

När det händer är bordssalt (natriumklorid eller NaCl) ett av de mer kända ämnena som kan beröva vattnet dess isolerande egenskaper när de löses i H₂O.

Konduktiviteten för vatten i amerikanska floder sträcker sig mycket, från cirka 50 till 1 500 µS / cm. Inre sötvattensströmmar som gör att fisken trivs tenderar att ha mellan 150 och 500 µS / cm. Högre eller lägre ledningsförmåga kan indikera att vattnet inte är lämpligt för vissa fiskarter eller makro-ryggradslösa djur. Industrivatten kan sträcka sig så högt som 10 000 µS / cm.

Konduktivitet är ett indirekt mått på till exempel strömvattenkvalitet. Varje vattenväg har ett relativt konstant intervall som kan användas som baslinjeledningsförmåga för dricksvattenstandard. Regelbundna konduktivitetsbedömningar görs med hjälp av avattenledningsförmåga. Stora förändringar i konduktiviteten kan signalera behovet av en saneringsinsats.

Denna artikel handlar tydligt om elektrisk ledningsförmåga. Inom fysiken kommer du troligen att höra om värmeledning, vilket är lite annorlunda eftersom värme mäts i energi medan elektricitet, som kan ge energi, inte är det.

Förändringar i materialets värmeledningsförmåga tenderar att parallella förändringar i dess elektriska ledningsförmåga, men vanligtvis inte i samma skala. En intressant egenskap hos material är att medan de flesta av dem blir sämre ledare när de värms upp (när partiklar surrar snabbare och snabbare när temperaturen stiger, är de mer benägna att "störa" elektroner), detta gäller inte en klass av material som kallas halvledare.