Conţinut
- Bazele energiei electrice
- Ce este conductivitatea?
- Conductivitate vs. conductibilitate
- Conductanța electrică și apa: o imagine de ansamblu
- Importanța conductivității în apă
- Conductivitate termică
Oricine petrece mult timp în jurul unei piscine descoperă rapid că oamenii sunt în general foarte preocupați de a avea dispozitive electrice lângă apă - cu atât mai mult cu cât se întâmplă să fie conectate.
Acest lucru este adevărat, de fapt, în majoritatea situațiilor în care există un rezervor suficient de apă oriunde în apropierea fluxurilor cunoscute de curent electric. Datorită conductivității apei, crima diabolică „toaster în cadă” este ceva dintr-un cliseu îndrăgit în poveștile vechi-școlare, omor-mister.
Ideea de aici nu este că te poți răni cu electricitate, deși asta este întotdeauna vital să ai în vedere; cei mai atenți adulți și, pentru asta, copiii din școlile gimnaziale știu să se îndepărteze de amestecarea apei cu curentul sub orice formă, indiferent dacă știu fizică sau nu. (De fapt, unele idei excesiv de prudente persistă, cum ar fi ideea că sunteți probabil un șoc dacă atingeți un întrerupător de lumină din plastic atunci când degetele sunt ude.)
Pentru moment este mai importantă problema modului în care energia electrică „curge” în cel puțin niste lichide atunci când cel puțin niste solidele îl pot conține. Este doar apa care interacționează cu electricitatea în acest fel? Ce zici de lapte sau suc vărsat? Și mai general, ce proprietăți ale materiei contribuie la valoarea acesteia conductibilitate?
Bazele energiei electrice
Fenomenul cunoscut sub numele de electricitate nu este cu adevărat mai mult decât mișcarea electroni printr-un fel de mediu fizic, sau material.
Poate că nu vă gândiți la aer ca la un material, dar, de fapt, aerul bogat în diverse molecule pe care nu le vedeți, o mulțime dintre acestea putând și participa la fluxul electric. Pur și simplu nu puteți vedea electroni, așa că dacă credeți în electricitate, ar trebui să credeți că lucrurile uimitor de mici joacă un rol imens în comportamentul materialelor de zi cu zi!
Diferite materiale permit această trecere a electronilor - și cu ei, sarcinile lor electrice - în grade diferite, în funcție de structurile lor moleculare și atomice individuale. Cu cât sunt mai puține coliziunile cu alte obiecte minuscule experimentate de electronii cu fermoar, cu atât sunt mai ușor transmise prin chestiunea respectivă.
Ecuația generală pentru fluxul de curent este I = V / R, Unde eu este fluxul curent în amperi, V este diferența de potențial electric în volți („tensiune”) și R este rezistența în ohmi. Rezistența este legată de conductivitate, după cum veți învăța în curând.
Ce este conductivitatea?
Conductivitate sau mai formal conductanță electrică, este o măsură matematică a capacității materialelor de a conduce electricitate. Este reprezentat de litera greacă sigma (σ) iar unitatea sa (sistem metric) este siemens pe metru (S / m).
Conductivitatea este doar reciproca matematică a rezistivitate. Rezistivitatea este reprezentată de mica literă greacă rho (ρ) și este măsurată în ohm-metri (Ωm), ceea ce înseamnă că S / m poate fi descris și ca un ohm-metru reciproc (1 / Ωm sau Ωm-1). Prin extensie, puteți vedea că un siemen este reciprocul unui ohm. De cand efectuarea ceva de-a lungul lumii reale este opusul rezistente trecerea ei, acest lucru are sens fizic.
Conductivitatea unui material este o proprietate intrinsecă a materialului respectiv și nu are legătură cu modul de asamblare a unui circuit sau a unui alt sistem, care este contabilizată de „pe metru” din unitatea siemens. Este legată de rezistența unui material, adesea un fir în probleme de fizică care implică aceste situații, prin expresie R = ρL / A Unde L este lungimea dacă firul din m și A aria sa în secțiune transversală în m2.
Conductivitate vs. conductibilitate
După cum sa menționat, conductivitatea nu depinde de configurarea experimentală și este doar o reflectare a modului în care un material dat (solid, lichid sau gazos) este "." Unele materiale fac în mod natural conductoare puternice (și astfel rezistențe slabe), în timp ce altele pot conduce electricitate slab sau deloc și pot face rezistențe bune (sau izolatori electrici).
Cu un circuit electric, puteți manipula setarea astfel încât să puteți obține orice nivel de curent doriți, având în vedere orice combinație de elemente de rezistență pe care le includeți. Acesta este motivul pentru care este desemnată rezistența R și nu are lungime în unitățile sale; este o măsură a proprietăților unui sistem, nu a unui material. În consecinţă, conductanța (simbolizat prin scrisoare G și măsurată în siemens) funcționează la fel. Dar, în mod normal, este mai convenabil de utilizat R sau ρ decât este să mergi G sau σ.
Ca o analogie, considerați că antrenorul unei echipe de fotbal poate modifica puterea și viteza jucătorilor săi individuali, dar, în final, fiecare echipă de fotbal existentă are aceleași constrângeri esențiale: 11 jucători umani într-o parte, care variază în fizica lor. capacități dar având aceleași proprietăți de bază.
Conductanța electrică și apa: o imagine de ansamblu
Cel mai șocant lucru pe care îl veți învăța în acest articol (și asta nu este doar un punct, sincer!) Este că apa, strict vorbind, este un teribil conductor de electricitate. Adică H pură2O (hidrogen și oxigen într-un raport 2: 1) nu conduce electricitate.
După cum nu aveți niciun dubiu deja încheiat, acest lucru înseamnă că întâlnirea cu apă curată cu adevărat pură este ceva care nu se întâmplă niciodată. Chiar și într-un laborator, este ușor pentru ioni (particule încărcate) să se „strecoare” în apa care a fost condensată de la abur pur, adică distilat.
Apa din conducte și direct din surse naturale este invariabil bogată în impurități, cum ar fi minerale, substanțe chimice și substanțe dizolvate asortate. Acest lucru nu este neapărat un lucru rău, desigur; Toată acea sare din apa oceanelor, de exemplu, face să plutești puțin mai ușor dacă este jocul tău.
Așa cum se întâmplă, sarea de masă (clorură de sodiu sau NaCl) este una dintre substanțele mai cunoscute care poate jefui apa de proprietățile sale izolatoare atunci când este dizolvată în H2O.
Importanța conductivității în apă
Conductivitatea apei în râurile SUA variază larg, de la aproximativ 50 până la 1.500 µS / cm. Curentele de apă dulce interioară care permit peștilor să prospere tind să aibă între 150 și 500 µS / cm. O conductivitate mai mare sau mai mică poate indica faptul că apa nu este potrivită pentru anumite specii de pești sau macroinvertebrate. Apele industriale pot varia până la 10.000 µS / cm.
Conductivitatea este o măsură indirectă a, de exemplu, a calității apei în flux. Fiecare cale navigabilă are un interval relativ constant care poate fi utilizat ca conductivitate de bază a standardului de apă potabilă. Evaluări regulate ale conductivității efectuate cu ajutorul unei contor de conductivitate a apei. Schimbările majore ale conductivității ar putea semnala necesitatea unui efort de curățare.
Conductivitate termică
Acest articol este clar despre conductivitatea electrică. Cu toate acestea, în fizică, probabil că auziți despre conducerea căldurii, care este puțin diferită, deoarece căldura este măsurată în energie, în timp ce energia electrică, care poate furniza energie, nu este.
Modificările conductivității termice a materialelor tind să modifice paralel cu conductivitatea electrică, deși nu sunt de obicei la aceeași scară. O proprietate interesantă a materialelor este că, deși cei mai mulți dintre ei devin conductori mai săraci, deoarece sunt încălziți (pe măsură ce particulele se învârtesc mai repede și mai repede pe măsură ce temperatura urcă, acestea sunt mai susceptibile de a „interfera” cu electronii), acest lucru nu este adevărat pentru o clasă de materiale numite semiconductori.