Sisu
- Elektri põhitõed
- Mis on juhtivus?
- Juhtivus vs juhtivus
- Elektrijuhtivus ja vesi: ülevaade
- Veejuhtivuse tähtsus
- Soojusjuhtivus
Kõik, kes veedavad palju aega ujula ümber, avastavad kiiresti, et inimesed tunnevad üldiselt suurt muret vee lähedal asuvate elektriseadmete pärast - seda enam, kui need juhtuvad olema vooluvõrku ühendatud.
See kehtib tegelikult enamiku olukordade kohta, kus teadaolevate elektrivooluvoogude läheduses on piisavalt veereservuaari. Tänu vee juhtivusele on kuratlik vannis röster "kuritegu" vanakooli armastatud klišee, mõrvamüsteeriumid.
Siinkohal polegi nii, et saate endale elektriga haiget teha, ehkki see on alati oluline meeles pidada; see, et kõige tähelepanelikumad täiskasvanud ja keskkooliõpilased teavad, et nad ei peaks segama vett praegusel kujul, olenemata sellest, kas nad tunnevad füüsikat või mitte. (Tegelikult püsivad mõned liiga ettevaatlikud ideed, näiteks arusaam, et võite šoki saada, kui puudutate sõrmede märja plastikvalgustuse lülitit.)
Praegu on olulisem küsimus, kuidas elekter vähemalt "voolab" mõned vedelikud, kui vähemalt mõned tahked ained võivad seda sisaldada. Kas see on lihtsalt vesi, mis sel viisil elektrienergiaga suhtleb? Mis saab loksunud piimast või mahlast? Ja üldisemalt öeldes - millised mateeria omadused mõjutavad selle väärtust juhtivus?
Elektri põhitõed
Elektrienergiana tuntud nähtus pole tegelikult muud kui elektri liikumine elektronid mingi füüsilise meediumi või materjali kaudu.
Te ei pruugi mõelda õhule kui materjalile, kuid tegelikult on õhk rikas mitmesuguste molekulide poolest, mida te ei näe, millest suur osa võib ja võib osaleda elektrivoolus. Te ei saa ilmselt näha elektrone, nii et kui usute elektrisse, peaksite uskuma, et hämmastavalt pisikestel asjadel on tohutu roll igapäevaste materjalide käitumises!
Erinevad materjalid võimaldavad elektronide - ja koos nende elektrilaengute - läbimist erineval määral, sõltuvalt nende individuaalsetest molekulaarsetest ja aatomistruktuuridest. Mida vähem on elektronide tõmbamisel kokkupõrkeid teiste pisikeste objektidega, seda hõlpsamini edastatakse need kõnealuse materjali kaudu.
Vooluvoo üldine võrrand on I = V / R, kus Mina on voolu vool amprites, V on elektripotentsiaali erinevus voltides ("pinges") ja R on takistus oomides. Vastupidavus on seotud juhtivusega, kuna varsti õpid.
Mis on juhtivus?
Juhtivus, või formaalselt elektrijuhtivus, on materjalide elektrienergia juhtivuse matemaatiline mõõt. Seda tähistab kreeka täht sigma (σ) ja selle SI (meetrikasüsteemi) ühik on siemensi meetri kohta (S / m).
Juhtivus on vaid matemaatiline vastastikune väärtus vastupidavus. Takistust tähistab kreeka väike täht rho (ρ) ja seda mõõdetakse oommeetrites (Ωm), mis tähendab, et S / m võib kirjeldada ka kui vastastikust oommeetrit (1 / Ωm või Ωm-1). Pikemalt öeldes näete, et siemen on oomi vastastikune jõud. Alates dirigeerimine midagi reaalses maailmas on vastupidine vastupanu selle läbimine, see on füüsiliselt mõistlik.
Materjali juhtivus on selle materjali olemuslik omadus, mis pole seotud vooluringi või muu süsteemi kokkupanekuga, mida Siemensi seadmes arvestatakse "meetri kohta". See on seotud materjali, sageli traadi, takistusega neid olukordi hõlmavates füüsikaprobleemides väljendiga R = ρL / A kus L on pikkus, kui traat on meetrites ja A selle ristlõikepindala meetrites2.
Juhtivus vs juhtivus
Nagu märgitud, ei sõltu juhtivus eksperimentaalsest ülesehitusest ja see on lihtsalt peegeldus sellest, kuidas antud materjal (tahke, vedel või gaasiline) "on". Mõned materjalid muudavad loomulikult tugevad juhid (ja seega ka nõrgad takistid), teised võivad elektrit juhtida nõrgalt või üldse mitte ning teha häid takisteid (või elektrilisi isolaatoreid).
Elektriahela abil saate seadistusega manipuleerida, nii et saate mis tahes tüüpi voolu, mis teile meeldib, arvestades mis tahes takistuselementide kombinatsiooni. Seetõttu nimetataksegi vastupanu R ja selle ühikutes pole pikkust; see on süsteemi omaduste, mitte materjali mõõt. Sellest tulenevalt juhtivus (sümboliseerib täht G ja mõõdetuna siemensides) töötab samamoodi. Kuid seda on tavaliselt mugavam kasutada R või ρ kui see on kaasas käia G või σ.
Mõelge analoogiana sellele, et jalgpallimeeskonna treener võib muuta oma üksikute mängijate tugevust ja kiirust, kuid lõpuks on igal olemasoleval jalgpallimeeskonnal samad olulised piirangud: 11 inimmängijat, kes on füüsiliselt erinevad võimeid, kuid millel on samad põhiomadused.
Elektrijuhtivus ja vesi: ülevaade
Kõige šokeerivam, mida selles artiklis õpite (ja see pole lihtsalt nunnu, aus!), On see, et vesi on rangelt öeldes kohutav elektrijuht. See tähendab, et puhas H2O (vesinik ja hapnik vahekorras 2: 1) ei juhi elektrit.
Nagu te juba kahtlemata olete juba järeldanud, tähendab see, et tõeliselt puhta veega kohtumine on midagi sellist, mida sisuliselt kunagi ei juhtu. Isegi labori tingimustes on ioonidel (laetud osakestel) hõlbus vette hiilida - see on puhtast aurust kondenseeritud, st destilleeritud.
Torudest ja otse looduslikest allikatest pärinev vesi on alati rikas lisandite, näiteks mineraalide, kemikaalide ja mitmesuguste lahustunud ainete poolest. See pole muidugi tingimata halb asi; näiteks kogu see sool ookeanivees muudab teie mängu hõlpsamaks meres hõljumise.
Nagu juhtub, on lauasool (naatriumkloriid või NaCl) üks tuntumaid aineid, mis võib vees lahustada soolas isoleerivaid omadusi2O
Veejuhtivuse tähtsus
Vee juhtivus ulatub USA jõgedes laialdaselt, umbes 50 kuni 1500 uS / cm. Sisevee mageveevooludes, mis võimaldavad kaladel õitseda, on tavaliselt vahemikus 150 kuni 500 µS / cm. Suurem või madalam juhtivus võib näidata, et vesi ei sobi teatud kalaliikide või makroelgrootute jaoks. Tööstusvee suurus võib ulatuda 10 000 µS / cm.
Juhtivus on näiteks vooluvee kvaliteedi kaudne mõõt. Igal veeteel on suhteliselt konstantne vahemik, mida saab kasutada joogivee standardjuhtivuse lähtejoonena. Regulaarsed juhtivuse hindamised, kasutades a veejuhtivusmõõtur. Suured juhtivuse muutused võivad anda märku vajadusest puhastada.
Soojusjuhtivus
See artikkel räägib selgelt elektrijuhtivusest. Kuid füüsikas kuulete tõenäoliselt soojuse juhtivusest, mis on pisut erinev, kuna soojust mõõdetakse energias, samas kui elektrit, mis võib energiat anda, mitte.
Materjalide soojusjuhtivuse muutused kipuvad selle elektrijuhtivuses muutuma paralleelselt, ehkki tavaliselt mitte samas mõõtkavas. Materjalide üks huvitav omadus on see, et kuigi enamik neist muutub kuumutamisel vaesemaks juhiks (kuna osakesed virisevad temperatuuri tõustes kiiremini ja kiiremini, siis nad tõenäoliselt segavad elektrone), ei kehti see mõne klassi materjalid, mida nimetatakse pooljuhtideks.