Чому провідність важлива?

Той, хто проводить багато часу біля басейну, швидко виявляє, що люди, як правило, дуже занепокоєний тим, що біля води є електричні прилади - тим більше, якщо вони випадково підключені в.

Це дійсно так у більшості ситуацій, коли достатній резервуар води існує десь поблизу відомих потоків електричного струму. Завдяки провідності води диявольський злочин "тостер у ванні" є чимось улюбленим кліше в олдскульних таємничих історіях.

Справа тут не в тому, що ви можете нашкодити собі електрикою, хоча про це завжди важливо пам’ятати; це те, що більшість насторожених дорослих, і в цьому відношенні діти середньої школи, знають, щоб уникати змішування води зі струмом у будь-якій формі, незалежно від того, знають вони фізику чи ні. (Насправді, деякі надто обережні ідеї зберігаються, наприклад, думка, що ви, мабуть, шокуєтесь, якщо торкнетесь пластикового вимикача світла, коли пальці мокрі.)

Наразі важливішим є питання про те, як принаймні "тече" електрикадеякірідини, як мінімумдеякітверді речовини можуть його містити. Чи лише вода таким чином взаємодіє з електрикою? А як щодо пролитого молока чи соку? І загальніше, які властивості речовини сприяють її значенню

Явище, відоме як електрика, насправді є не більше, ніж рухелектроничерез якийсь фізичний носій або матеріал.

Ви можете не думати про повітря як про матеріал, але насправді, повітря, багате різними молекулами, яких ви не можете побачити, багато з яких можуть брати участь у електричному потоці. Ви явно не бачите електронів, тому, якщо ви вірите в електрику, ви повинні вірити, що дивовижні крихітні речі відіграють величезну роль у поведінці повсякденних матеріалів!

Різні матеріали дозволяють пропускати електрони - а разом з ними і їхні електричні заряди - в різному ступені залежно від їхньої окремої молекулярної та атомної структури. Чим менше зіткнень з іншими крихітними об'єктами, що виникають при застібці електронів, тим легше вони передаються через матерію, про яку йде мова.

Загальним рівнянням поточного потоку є

деЯ- струм струму в амперах,V- різниця електричного потенціалу у вольтах ("напруга") іР- опір в Омах. Опір пов’язаний з провідністю, як ви скоро дізнаєтесь.

Провідність, або більш формальноелектрична провідність, є математичним показником здатності матеріалу проводити електрику. Він представлений грецькою буквою сигма(σ)а його одиницею SI (метрична система) єСімен на метр (С / м)​.

• Сіменс також називають амхо, що "ом" пишеться назад. Однак цей термін вийшов із загального користування до кінця 20 століття.

Провідність - це лише математична взаємністьпитомий опір.Опір представлений маленькою грецькою буквою rho (ρ) і вимірюється в ом-метрах (Ωm), що означає, що S / m також можна описати як зворотний ом-метр (1 / Ωm або Ωm^-1). Якщо розглянути, ви можете бачити, що Сімен - це взаємність ома. Оскількидиригуваннящось у реальному світі протилежнечинити опірйого проходження, це має фізичний сенс.

Провідність матеріалу є внутрішньою властивістю цього матеріалу і не пов'язана із тим, як складається ланцюг або інша система, що враховується "на метр" в одиниці Сіменса. Це пов’язано з опором матеріалу, часто дроту у фізичних задачах, що стосуються цих ситуацій, виразом

деL- довжина, якщо дріт в м іAйого площа перерізу в м².

Як зазначалося, провідність не залежить від експериментальної установки і є лише відображенням того, яким є даний матеріал (твердий, рідкий чи газоподібний). Деякі матеріали природно роблять сильні провідники (і, отже, погані резистори), тоді як інші можуть проводити електрику слабко або зовсім не робити, і роблять хороші резистори (або електричні ізолятори).

За допомогою електричної схеми ви можете маніпулювати налаштуванням, щоб отримати будь-який рівень струму, який вам подобається, враховуючи будь-яку комбінацію елементів опору, який ви включаєте. Ось чому позначається опірРі не має довжини в одиницях; це міра властивостей системи, а не властивостей матеріалу. Відповідно,провідність(символізується буквоюGі вимірюється в сіменах) працює так само. Але ним зазвичай зручніше користуватисяРабоρчим це пітиGабоσ​.

Як аналогію, розглянемо, що тренер футбольної команди може змінити силу та швидкість окремих гравців, але, зрештою, кожен футбол Команда, що існує, має однакові основні обмеження: 11 гравців-людей у ​​сторону, що відрізняються своїми фізичними можливостями, але мають однакові основні властивості.

Найбільш шокуюче, про що ви дізнаєтесь у цій статті (і це не просто каламбур, чесно!) - це те, що вода, строго кажучи, є жахливим провідником електрики. Тобто чистий Н₂O (водень і кисень у співвідношенні 2: 1) не проводить електрику.

Як ви вже сумнівались, це означає, що зустріч із справді чистою водою - це те, що по суті ніколи не відбувається. Навіть в лабораторних умовах іони (заряджені частинки) легко «пробираються» у воду, яка конденсується з чистої пари, тобто дистильована.

Вода з труб та безпосередньо з природних джерел незмінно багата домішками, такими як мінерали, хімікати та різні розчинені речовини. Звичайно, це не обов'язково погано; наприклад, вся ця сіль в океанській воді трохи полегшує плавання в морі, якщо це ваша гра.

Як буває, кухонна сіль (хлорид натрію або NaCl) є однією з найбільш відомих речовин, яка може позбавити воду її ізолюючих властивостей при розчиненні в Н₂О.

Провідність води в річках США коливається в широких межах, приблизно від 50 до 1500 мкСм / см. Внутрішні потоки прісної води, що дозволяють рибам процвітати, мають тенденцію від 150 до 500 мкСм / см. Більша або нижча провідність може свідчити про те, що вода не підходить для певних видів риб або макробезхребетних. Промислові води можуть сягати 10 000 мкСм / см.

Провідність є непрямим показником, наприклад, якості води в потоці. Кожен водний шлях може похвалитися відносно постійним діапазоном, який може бути використаний як базовий рівень провідності питної води. Регулярні оцінки провідності, зроблені за допомогою aлічильник провідності води. Основні зміни провідності можуть сигналізувати про необхідність очищення.

У цій статті чітко йдеться про електропровідність. Однак у фізиці ви, ймовірно, чуєте про провідність тепла, яке дещо відрізняється, оскільки тепло вимірюється в енергії, тоді як електрика, яка може забезпечити енергією, ні.

Зміни теплопровідності матеріалу мають тенденцію до паралельних змін його електропровідності, хоча зазвичай не в одному масштабі. Однією з цікавих властивостей матеріалів є те, що в той час як більшість з них стають біднішими провідниками, оскільки вони нагріваються (оскільки частинки шиплять швидше і швидше, коли температура піднімається, вони частіше "заважають" електронам), це не стосується класу матеріалів, які називаються напівпровідники.