Зміст
- Основи електроенергії
- Що таке провідність?
- Провідність проти провідності
- Електрична провідність і вода: огляд
- Важливість провідності у воді
- Теплопровідність
Кожен, хто проводить багато часу біля басейну, швидко виявляє, що люди, як правило, дуже стурбовані наявністю електричних пристроїв біля води - тим більше, якщо вони трапляються підключеними до мережі.
Це насправді є більшістю ситуацій, коли достатньо резервуару води існує де-небудь поблизу відомих потоків електричного струму. Завдяки провідності води, дьявольський злочин "тостер у ванні" - це щось улюблене кліше в старошкільних історіях, загадково-таємничих історіях.
Суть тут у тому, що ви можете поранити себе електрикою, хоча це завжди важливо мати на увазі; це найбільше насторожує дорослих, і, з цього приводу, діти середньої школи знають уникати змішування води із струмом у будь-якій формі, знають вони фізику чи ні. (Насправді, деякі надмірно обережні ідеї зберігаються, наприклад, поняття, яке ви можете отримати шок, якщо ви так сильно торкнетесь пластикового перемикача світла, коли пальці мокрі.)
Поки важливішим є питання про те, як принаймні "тече" електроенергія деякі рідин, коли хоча б деякі тверді речовини можуть містити його. Чи просто вода таким чином взаємодіє з електрикою? А як щодо пролитого молока чи соку? І в цілому, які властивості речовини сприяють цінності її провідність?
Основи електроенергії
Явище, відоме як електрика, насправді не більше, ніж рух електронів через якесь фізичне середовище чи матеріал.
Ви можете не думати про повітря як про матеріал, але насправді повітря, багате різноманітними молекулами, яких ви не бачите, багато з яких можуть і беруть участь у електричному потоці. Ви, очевидно, 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 їх електричні заряди - різною мірою залежно від їхніх окремих молекулярних та атомних структур. Чим менше зіткнень з іншими крихітними предметами, які переживають блискавки електронів, тим легше вони передаються через проблему, про яку йдеться.
Загальне рівняння потоку струму - I = V / R, де Я - струм струму в амперах, V - різниця електричних потенціалів у вольтах ("напруга") і R - опір в омах. Опір пов'язаний з провідністю, про що незабаром ви дізнаєтесь.
Що таке провідність?
Провідність, або формальніше електропровідність, є математичним показником здатності матеріалів проводити електрику. Він представлений грецькою літерою сигма (σ) і його одиницею SI (метричної системи) є сімен на метр (с / м).
Провідність - це лише математична взаємність опір. Опір представлений малою грецькою літерою rho (ρ) і вимірюється в ом-метрах (Ωm), що означає, що S / m також можна описати як зворотний омметр (1 / Ωm або Ωm-1). За продовженням ви бачите, що симен - це зворотний ом. З тих пір проведення щось у реальному світі є протилежним чинячи опір його проходження, це має фізичний сенс.
Електропровідність матеріалу є невід'ємною властивістю цього матеріалу і не пов'язана з тим, як збирається схема або інша система, що обліковується "на метр" в одиниці сименса. Це пов'язано з опором матеріалу, часто дроту у фізичних проблемах, пов'язаних із цими ситуаціями, виразом R = ρL / A де L - довжина, якщо дріт в м і А площа її поперечного перерізу в м2.
Провідність проти провідності
Як зазначалося, провідність не залежить від експериментальної установки і є лише відображенням того, яким чином даний матеріал (твердий, рідкий або газоподібний) "є". Деякі матеріали, природно, роблять міцні провідники (і, таким чином, погані резистори), а інші можуть слабко проводити електрику або взагалі не робити і робити хороші резистори (або електричні ізолятори).
За допомогою електричного кола ви можете маніпулювати налаштуванням, щоб ви могли отримати будь-який рівень струму, який вам подобається, з огляду на будь-яку комбінацію елементів опору, яку ви включаєте. Саме тому позначається опір R і не має довжини в своїх одиницях; це міра властивостей системи, а не матеріалу. Відповідно, провідність (символізується буквою Г і вимірюється в сименсі) працює так само. Але звичайно зручніше використовувати R або ρ ніж це робити Г або σ.
Як аналогію, врахуйте, що тренер футбольної команди може змінити силу та швидкість своїх окремих гравців, але, врешті-решт, кожна існуюча футбольна команда має однакові суттєві обмеження: 11 гравців у бік, які залежать від їх фізичної сили можливостей, але мають однакові основні властивості.
Електрична провідність і вода: огляд
Найбільш шокуюче, про що ви дізнаєтесь у цій статті (і це не просто каламбур, чесно!) - це те, що вода, строго кажучи, - це жахливий провідник електрики. Тобто, чистий Н2O (водень і кисень у співвідношенні 2: 1) не проводить електрику.
Як ви вже не сумніваєтесь, це означає, що зустріти справді чисту воду - це те, що по суті ніколи не буває. Навіть у лабораторних умовах іони (заряджені частинки) легко "прокрадаються" у воду, конденсовану з чистої пари, тобто дистильовану.
Вода з труб та безпосередньо з природних джерел незмінно багата домішками, такими як мінерали, хімічні речовини та різні розчинені речовини. Звичайно, це не є поганою справою; Наприклад, вся ця сіль в океанській воді, полегшує плавання в морі, якщо це ваша гра.
Як це буває, кухонна сіль (хлорид натрію або NaCl) - одна з найбільш відомих речовин, яка може позбавити воду її ізолюючих властивостей при розчиненні в Н2О.
Важливість провідності у воді
Провідність води в американських річках коливається в широких межах, приблизно від 50 до 1500 мкЗ / см. Внутрішні прісноводні потоки, які дозволяють рибі процвітати, зазвичай мають від 150 до 500 мкЗ / см. Більш висока або нижча провідність може вказувати на те, що вода не підходить для певних видів риб або макроігнальних. Промислові води можуть досягати 10 000 мкЗ / см.
Провідність - це непрямий показник, наприклад, якості потокової води. Кожен водний шлях має відносно постійний діапазон, який може бути використаний як базовий рівень провідності стандарту питної води. Регулярні оцінки провідності, проведені за допомогою а вимірювач провідності води. Основні зміни провідності можуть сигналізувати про необхідність доочищення.
Теплопровідність
Ця стаття чітко про електропровідність. Однак у фізиці ви, ймовірно, чуєте про теплопровід, який дещо відрізняється, оскільки тепло вимірюється в енергії, тоді як електрика, яка може забезпечити енергією, це не так.
Зміни теплопровідності матеріалів мають тенденцію до паралельних змін його електропровідності, хоча зазвичай не в тому ж масштабі. Однією цікавою властивістю матеріалів є те, що хоча більшість з них стають біднішими провідниками під час нагрівання (оскільки частинки свистять все швидше і швидше, коли температура піднімається, вони, швидше за все, "втручаються" в електрони), це не стосується класу матеріали, що називаються напівпровідниками.