Περιεχόμενο
- Βασικά στοιχεία ηλεκτρικής ενέργειας
- Τι είναι η αγωγιμότητα;
- Αγωγιμότητα έναντι αγωγιμότητας
- Ηλεκτρική αγωγιμότητα και νερό: Μια επισκόπηση
- Σημασία της αγωγιμότητας στο νερό
- Θερμική αγωγιμότητα
Όποιος ξοδεύει πολύ χρόνο γύρω από μια πισίνα, ανακαλύπτει γρήγορα ότι οι άνθρωποι γενικά ανησυχούν πολύ για την ύπαρξη ηλεκτρικών συσκευών κοντά στο νερό - ακόμα περισσότερο, αν συμβούν να συνδεθούν.
Αυτό είναι αλήθεια, στην πραγματικότητα, των περισσότερων καταστάσεων όπου υπάρχει επαρκής δεξαμενή νερού οπουδήποτε κοντά σε γνωστές ροές ηλεκτρικού ρεύματος. Χάρη στην αγωγιμότητα του νερού, το διάβολο έγκλημα "τοστιέρα στην μπανιέρα" είναι κάτι αγαπημένο κλισέ σε παλιές σχολικές, δολοφονικές-μυστηριώδεις ιστορίες.
Το σημείο εδώ δεν είναι ότι μπορείτε να βλάψετε τον εαυτό σας με ηλεκτρισμό, αν και αυτό είναι πάντα ζωτικής σημασίας να έχουμε κατά νου? ότι οι περισσότεροι ενήλικοι συναγερμού, και για το λόγο αυτό τα παιδιά της μέσης εκπαίδευσης, γνωρίζουν ότι αποφεύγουν να αναμιγνύουν νερό με ρεύμα σε οποιαδήποτε μορφή, είτε γνωρίζουν τη φυσική είτε όχι. (Στην πραγματικότητα, μερικές υπερβολικά επιφυλακτικές ιδέες παραμένουν, όπως η ιδέα που είναι πιθανό να πάρετε ένα σοκ αν τόσο πολύ όσο αγγίζετε ένα πλαστικό διακόπτη φωτισμού όταν τα δάκτυλά σας είναι βρεγμένα).
Πιο σημαντικό είναι προς το παρόν το θέμα του πώς η ροή ηλεκτρικής ενέργειας "τουλάχιστον" μερικοί υγρά όταν τουλάχιστον μερικοί στερεά μπορεί να το περιέχει. Είναι απλά το νερό που αλληλεπιδρά με τον ηλεκτρισμό με αυτόν τον τρόπο; Τι γίνεται με το χυμένο γάλα ή χυμό; Και γενικότερα, ποιες ιδιότητες της ύλης συμβάλλουν στην αξία της αγώγιμο?
Βασικά στοιχεία ηλεκτρικής ενέργειας
Το φαινόμενο που είναι γνωστό ως ηλεκτρική ενέργεια δεν είναι παρά η κίνηση του ηλεκτρόνια μέσω κάποιου είδους φυσικού μέσου ή υλικού.
Δεν μπορείτε να σκεφτείτε τον αέρα ως υλικό, αλλά στην πραγματικότητα, τον αέρα πλούσιο σε διάφορα μόρια που μπορείτε να το δείτε, πολλά από τα οποία μπορούν και συμμετέχουν στην ηλεκτρική ροή. Μπορείτε απλά δεν μπορείτε να δείτε ηλεκτρόνια, οπότε αν πιστεύετε στον ηλεκτρισμό, θα πρέπει να πιστέψετε ότι τα εκπληκτικά μικροσκοπικά πράγματα παίζουν τεράστιο ρόλο στη συμπεριφορά των καθημερινών υλικών!
Διαφορετικά υλικά επιτρέπουν τη διέλευση των ηλεκτρονίων - και μαζί τους, τα ηλεκτρικά τους φορτία - σε διαφορετικούς βαθμούς ανάλογα με τις μεμονωμένες τους μοριακές και ατομικές δομές. Όσο λιγότερες συγκρούσεις με άλλα μικροσκοπικά αντικείμενα που βιώνουν τα ηλεκτρόνια με φερμουάρ, τόσο πιο εύκολα μεταδίδονται μέσω της εν λόγω ύλης.
Η γενική εξίσωση για τη ροή ρεύματος είναι Ι = V / R, που Εγώ είναι η ροή ρεύματος σε αμπέρ, V είναι η ηλεκτρική διαφορά δυναμικού σε volts ("τάση") και R είναι η αντίσταση σε ohms. Η αντίσταση σχετίζεται με την αγωγιμότητα, όπως σύντομα θα μάθετε.
Τι είναι η αγωγιμότητα;
Αγωγιμότητα, ή πιο τυπικά ηλεκτρική αγωγιμότητα, είναι ένα μαθηματικό μέτρο της ικανότητας των υλικών να διεξάγουν ηλεκτρική ενέργεια. Αντιπροσωπεύεται από το ελληνικό γράμμα sigma (σ) και η μονάδα SI (μετρικό σύστημα) είναι η μονάδα siemens ανά μέτρο (S / m).
Η αγωγιμότητα είναι απλώς η αμοιβαία μαθηματική αντίσταση. Η αντίσταση αντιπροσωπεύεται από το μικρό ελληνικό γράμμα rho (ρ) και μετράται σε ωμ-μέτρα (Ωm), πράγμα που σημαίνει ότι το S / m μπορεί επίσης να περιγραφεί ως αμοιβαίο ωμόμετρο (1 / Ωm ή Ωm-1). Κατά συνέπεια, μπορείτε να δείτε ότι ένα siemen είναι το αμοιβαίο ενός ωμού. Από διεξαγωγή κάτι παράλληλα στον πραγματικό κόσμο είναι το αντίθετο αντιστέκονται το πέρασμα του, αυτό κάνει φυσική αίσθηση.
Η αγωγιμότητα ενός υλικού είναι μια εγγενής ιδιότητα αυτού του υλικού και δεν σχετίζεται με το πώς συναρμολογείται ένα κύκλωμα ή άλλο σύστημα, το οποίο υπολογίζεται από το "ανά μέτρο" στη μονάδα siemens. Σχετίζεται με την αντίσταση ενός υλικού, συχνά ενός καλωδίου στα προβλήματα φυσικής που αφορούν αυτές τις καταστάσεις, από την έκφραση R = ρL / Α που μεγάλο είναι το μήκος εάν το σύρμα είναι σε m και ΕΝΑ η διατομή της περιοχής σε m2.
Αγωγιμότητα έναντι αγωγιμότητας
Όπως σημειώνεται, η αγωγιμότητα δεν εξαρτάται από την πειραματική διάταξη και είναι απλώς μια αντανάκλαση του πώς ένα δεδομένο υλικό (στερεό, υγρό ή αέριο) είναι ". Ορισμένα υλικά δημιουργούν φυσικά ισχυρούς αγωγούς (και επομένως φτωχούς αντιστάτες), ενώ άλλοι μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρική ενέργεια ελαφρώς ή καθόλου και να παράγουν καλές αντιστάσεις (ή ηλεκτρικούς μονωτήρες).
Με ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, μπορείτε να χειριστείτε τη ρύθμιση έτσι ώστε να μπορείτε να πάρετε όποιο επίπεδο ρεύματος επιθυμείτε, δεδομένου οποιουδήποτε συνδυασμού στοιχείων αντίστασης που συμπεριλαμβάνετε. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ορίζεται αντίσταση R και δεν έχει μήκος στις μονάδες του. είναι ένα μέτρο των ιδιοτήτων του συστήματος, και όχι ενός υλικού. Αναλόγως, αγωγιμότητα (συμβολίζεται με το γράμμα σολ και μετριέται σε siemens) λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο. Αλλά συνήθως πιο βολικό στη χρήση R ή ρ από ό, τι είναι να πάει με σολ ή σ.
Ως αναλογία, θεωρήστε ότι ο προπονητής μιας ομάδας ποδοσφαίρου μπορεί να αλλάξει τη δύναμη και την ταχύτητα των μεμονωμένων παικτών της, αλλά τελικά, κάθε ομάδα ποδοσφαίρου που υπάρχει έχει τους ίδιους ουσιώδεις περιορισμούς: 11 ανθρώπινοι παίκτες σε μια πλευρά, αλλά με τις ίδιες βασικές ιδιότητες.
Ηλεκτρική αγωγιμότητα και νερό: Μια επισκόπηση
Το πιο συγκλονιστικό πράγμα που θα μάθετε σε αυτό το άρθρο (και αυτό δεν είναι μόνο μια λέξη, ειλικρινής!) Είναι ότι το νερό, αυτονόητα, είναι ένας φοβερός αγωγός ηλεκτρικής ενέργειας. Δηλαδή, καθαρό Η2Ο (υδρογόνο και οξυγόνο σε αναλογία 2: 1) δεν διεξάγει ηλεκτρική ενέργεια.
Όπως δεν έχετε αμφιβολία ότι έχουν ήδη καταλήξει στο συμπέρασμα, αυτό σημαίνει ότι το συναντάμε πραγματικά καθαρό νερό είναι κάτι που ουσιαστικά δεν συμβαίνει ποτέ. Ακόμα και σε εργαστηριακή ρύθμιση, τα εύκαμπτα ιόντα (φορτισμένα σωματίδια) "γλιστρούν" σε νερό που συμπυκνώνεται από τον καθαρό ατμό, δηλ. Απεσταγμένο.
Το νερό από τους σωλήνες και απευθείας από φυσικές πηγές είναι πάντοτε πλούσιο σε ακαθαρσίες όπως ορυκτά, χημικές ουσίες και διάφορες διαλυμένες ουσίες. Αυτό δεν είναι απαραίτητα κακό πράγμα, φυσικά? όλο αυτό το αλάτι στο νερό των ωκεανών, για παράδειγμα, το καθιστά ελαφρώς ευκολότερο να επιπλέει στη θάλασσα αν αυτό είναι το παιχνίδι σας.
Όπως συμβαίνει, το επιτραπέζιο αλάτι (χλωριούχο νάτριο ή NaCl) είναι μία από τις πιο γνωστές ουσίες που μπορούν να απομακρύνουν το νερό από τις μονωτικές τους ιδιότητες όταν διαλύονται στο Η2Ο.
Σημασία της αγωγιμότητας στο νερό
Η αγωγιμότητα του ύδατος στους ποταμούς των ΗΠΑ κυμαίνεται ευρέως, από περίπου 50 έως 1.500 μS / cm. Τα ρέματα εσωτερικού γλυκού νερού που επιτρέπουν στα ψάρια να ευδοκιμήσουν τείνουν να έχουν μεταξύ 150 και 500 μS / cm. Υψηλότερη ή χαμηλότερη αγωγιμότητα μπορεί να υποδεικνύει ότι το νερό δεν είναι κατάλληλο για ορισμένα είδη ψαριών ή μακροσπονδύλων. Τα βιομηχανικά ύδατα μπορούν να κυμαίνονται έως και 10.000 μS / cm.
Η αγωγιμότητα είναι έμμεση μέτρηση, για παράδειγμα, της ποιότητας του νερού. Κάθε πλωτή οδός μπορεί να υπερηφανεύεται για μια σχετικά σταθερή περιοχή που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βασική αγωγιμότητα του πρότυπου πόσιμου νερού. Οι τακτικές εκτιμήσεις αγωγιμότητας που έγιναν χρησιμοποιώντας a μετρητή αγωγιμότητας νερού. Σημαντικές αλλαγές στην αγωγιμότητα θα μπορούσαν να σηματοδοτήσουν την ανάγκη για προσπάθεια καθαρισμού.
Θερμική αγωγιμότητα
Αυτό το άρθρο είναι σαφώς σχετικά με την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Στη φυσική, όμως, είναι πιθανό να ακούσετε για τη διοχέτευση της θερμότητας, η οποία είναι λίγο διαφορετική επειδή η θερμότητα μετράται στην ενέργεια ενώ η ηλεκτρική ενέργεια, η οποία μπορεί να παρέχει ενέργεια, δεν είναι.
Οι μεταβολές της θερμικής αγωγιμότητας των υλικών τείνουν να παράλληλες αλλαγές στην ηλεκτρική αγωγιμότητά τους, αν και όχι συνήθως στην ίδια κλίμακα. Μια ενδιαφέρουσα ιδιότητα των υλικών είναι ότι ενώ οι περισσότεροι από αυτούς γίνονται φτωχότεροι αγωγοί καθώς θερμαίνονται (καθώς τα σωματίδια σφύζουν γύρω από ταχύτερα και ταχύτερα καθώς η θερμοκρασία ανεβαίνει, είναι πιο πιθανό να «παρεμβαίνουν» με τα ηλεκτρόνια), αυτό δεν ισχύει για μια κατηγορία υλικά που ονομάζονται ημιαγωγοί.