Zawartość
- Podstawy energii elektrycznej
- Co to jest przewodnictwo?
- Przewodnictwo a przewodnictwo
- Przewodnictwo elektryczne i woda: przegląd
- Znaczenie przewodnictwa w wodzie
- Przewodność cieplna
Każdy, kto spędza dużo czasu przy basenie, szybko odkrywa, że ludzie są na ogół bardzo zaniepokojeni posiadaniem urządzeń elektrycznych w pobliżu wody - tym bardziej, jeśli zdarzy się, że zostaną podłączone.
Dotyczy to w rzeczywistości większości sytuacji, w których wystarczający zapas wody istnieje w pobliżu znanych przepływów prądu elektrycznego. Dzięki przewodności wody diabelska zbrodnia „opiekacza w wannie” jest czymś w rodzaju ukochanego stereotypu w oldskulowych, tajemniczych morderstwach.
Nie chodzi o to, że możesz zranić się elektrycznością, chociaż zawsze trzeba o tym pamiętać; to najbardziej czujni dorośli, a zwłaszcza dzieci w wieku gimnazjalnym, wiedzą, jak unikać mieszania wody z prądem w dowolnej formie, niezależnie od tego, czy znają fizykę, czy nie. (W rzeczywistości utrzymują się pewne zbyt ostrożne pomysły, takie jak pojęcie, że możesz doznać szoku, jeśli dotkniesz plastikowego włącznika światła, gdy masz mokre palce).
Na razie ważniejsze jest pytanie, w jaki sposób „płynie” energia elektryczna trochę płyny, gdy co najmniej trochę ciała stałe mogą go zawierać. Czy to tylko woda oddziałuje w ten sposób z elektrycznością? Co z rozlanym mlekiem lub sokiem? I bardziej ogólnie, jakie właściwości materii wpływają na jej wartość przewodność?
Podstawy energii elektrycznej
Zjawisko znane jako elektryczność nie jest niczym więcej jak ruchem elektrony przez jakiś rodzaj fizycznego medium lub materiału.
Możesz nie myśleć o powietrzu jako o materiale, ale w rzeczywistości jest nim powietrze bogate w różne cząsteczki, których nie widzisz, z których wiele może uczestniczyć w przepływie elektrycznym. Po prostu nie widzisz elektronów, więc jeśli wierzysz w elektryczność, powinieneś wierzyć, że zadziwiająco małe rzeczy odgrywają ogromną rolę w zachowaniu materiałów codziennego użytku!
Różne materiały pozwalają na to przejście elektronów - a wraz z nimi ich ładunków elektrycznych - w różnym stopniu, w zależności od ich indywidualnych struktur molekularnych i atomowych. Im mniej zderzeń z innymi drobnymi przedmiotami doświadczanymi przez zamaczanie elektronów, tym łatwiej są one przenoszone przez przedmiotową materię.
Ogólne równanie dla przepływu prądu to I = V / R, gdzie ja to przepływ prądu w amperach, V. to różnica potencjałów elektrycznych w woltach („napięcie”) i R to rezystancja w omach. Opór związany jest z przewodnością, jak się wkrótce przekonasz.
Co to jest przewodnictwo?
Przewodnictwo lub bardziej formalnie przewodnictwo elektryczne, jest matematyczną miarą zdolności materiału do przewodzenia elektryczności. Jest reprezentowana przez grecką literę sigma (σ) a jego jednostką SI (system metryczny) jest siemens na metr (S / m).
Przewodnictwo jest tylko matematyczną wzajemnością oporność. Rezystywność jest reprezentowana przez małą grecką literę rho (ρ) i jest mierzona w omomierzach (Ωm), co oznacza, że S / m można również opisać jako wzajemny omomierz (1 / Ωm lub Ωm-1). Po rozszerzeniu widać, że siemen jest odwrotnością omu. Od prowadzenie coś w prawdziwym świecie jest przeciwieństwem oporowy jego przejście ma to sens fizyczny.
Przewodność materiału jest nieodłączną właściwością tego materiału i nie ma związku z tym, jak układany jest obwód lub inny system, co wynika z „na metr” w jednostce siemens. Wyrażenie to wiąże się z odpornością materiału, często drutu w problemach fizycznych związanych z tymi sytuacjami R = ρL / A gdzie L. jest długością, jeżeli drut w mi ZA jego powierzchnia przekroju wm2.
Przewodnictwo a przewodnictwo
Jak wspomniano, przewodnictwo nie zależy od konfiguracji eksperymentalnej i jest jedynie odzwierciedleniem tego, jak dany materiał (ciało stałe, ciecz lub gaz) jest „”. Niektóre materiały naturalnie wytwarzają silne przewodniki (a zatem słabe rezystory), podczas gdy inne mogą przewodzić elektryczność słabo lub wcale lub wytwarzać dobre rezystory (lub izolatory elektryczne).
Dzięki obwodowi elektrycznemu możesz manipulować konfiguracją, aby uzyskać dowolny poziom prądu, jaki ci się podoba, przy dowolnej kombinacji elementów rezystancyjnych, które dołączasz. Dlatego wyznaczono opór R i nie ma długości w jednostkach; jest to miara właściwości systemu, a nie materiału. Odpowiednio, przewodnictwo (symbolizowane literą sol i mierzone w siemens) działa w ten sam sposób. Ale zwykle jest wygodniejszy w użyciu R lub ρ niż z tym iść sol lub σ.
Analogicznie, weź pod uwagę, że trener drużyny piłkarskiej może zmienić siłę i szybkość swoich indywidualnych zawodników, ale ostatecznie każda istniejąca drużyna piłkarska ma te same podstawowe ograniczenia: 11 graczy na boku, różniących się fizycznie możliwości, ale mające te same podstawowe właściwości.
Przewodnictwo elektryczne i woda: przegląd
Najbardziej szokującą rzeczą, której nauczysz się w tym artykule (i to nie tylko gra słów, szczerze mówiąc!) Jest to, że woda, mówiąc ściśle, jest strasznym przewodnikiem elektryczności. To znaczy, czysty H.2O (wodór i tlen w stosunku 2: 1) nie przewodzi prądu elektrycznego.
Jak już nie masz wątpliwości, oznacza to, że napotkanie naprawdę czystej wody jest czymś, co zasadniczo nigdy się nie zdarza. Nawet w warunkach laboratoryjnych jony (cząstki naładowane) łatwo „zakradają się” do wody skroplonej z czystej pary, tj. Destylowanej.
Woda z rur i bezpośrednio ze źródeł naturalnych jest niezmiennie bogata w zanieczyszczenia, takie jak minerały, chemikalia i różne rozpuszczone substancje. Oczywiście nie jest to zła rzecz; na przykład cała ta sól w wodzie oceanicznej ułatwia pływanie w morzu, jeśli taka jest Twoja gra.
Tak się składa, że sól kuchenna (chlorek sodu lub NaCl) jest jedną z bardziej znanych substancji, która po rozpuszczeniu w H może obrabiać wodę z jej właściwości izolacyjnych.2O.
Znaczenie przewodnictwa w wodzie
Przewodność wody w rzekach USA waha się w szerokich granicach, od około 50 do 1500 µS / cm. Śródlądowe strumienie słodkiej wody, które pozwalają rozkwitać rybom, mają zwykle od 150 do 500 µS / cm. Wyższe lub niższe przewodnictwo może wskazywać, że woda nie jest odpowiednia dla niektórych gatunków ryb lub makrobezkręgowców. Wody przemysłowe mogą wynosić nawet 10 000 µS / cm.
Przewodność jest pośrednią miarą, na przykład, jakości wody w strumieniu. Każda droga wodna ma względnie stały zakres, który można wykorzystać jako przewodnictwo podstawowe standardu wody pitnej. Regularne oceny przewodności wykonywane przy użyciu miernik przewodności wody. Poważne zmiany przewodności mogą zasygnalizować potrzebę czyszczenia.
Przewodność cieplna
Ten artykuł wyraźnie dotyczy przewodnictwa elektrycznego. Jednak w fizyce prawdopodobnie usłyszysz o przewodzeniu ciepła, które jest trochę inne, ponieważ ciepło jest mierzone w energii, podczas gdy elektryczność, która może dostarczać energię, nie jest.
Zmiany przewodności cieplnej materiałów mają tendencję do równoległych zmian przewodności elektrycznej, choć zwykle nie w tej samej skali. Jedną z interesujących właściwości materiałów jest to, że chociaż większość z nich staje się gorszych przewodników w miarę ich podgrzewania (gdy cząstki wirują szybciej i szybciej wraz ze wzrostem temperatury, częściej „zakłócają” elektrony), nie dotyczy to klasy materiały zwane półprzewodnikami.