Hvorfor er konduktivitet vigtig?

Indhold

• Grundlæggende om elektricitet
• Hvad er konduktivitet?
• Konduktivitet vs. konduktans
• Elektrisk ledning og vand: et overblik
• Betydningen af ​​konduktivitet i vand
• Varmeledningsevne

Enhver, der tilbringer meget tid omkring en swimmingpool, opdager hurtigt, at folk generelt er meget bekymrede for at have elektriske apparater i nærheden af ​​vandet - så meget desto mere, hvis de tilfældigvis er tilsluttet.

Dette er faktisk sandt i de fleste situationer, hvor der findes et tilstrækkeligt vandmagasin overalt i nærheden af ​​kendte strømme af elektrisk strøm. Takket være vandets ledningsevne er den diaboliske "brødrister i badekaret" noget af en elsket kliché i historier om oldskolen og mordmysteriet.

Pointen her er ikke, at du kan skade dig selv med elektricitet, selvom det altid er vigtigt at huske på; det er, at de mest opmærksomme voksne, og for den sags skyld børn i ungdomsskolen, ved at undgå at blande vand med strøm i enhver form, uanset om de kender fysik eller ej. (Faktisk vedvarer nogle overdrevent forsigtige ideer, såsom den opfattelse, at du sandsynligvis vil få et stød, hvis du så meget som ved at røre ved en plastik lysafbryder, når fingrene er våde.)

Mere vigtigt i øjeblikket er spørgsmålet om, hvordan elektricitet "flyder" i det mindste nogle væsker, når i det mindste nogle faste stoffer kan indeholde det. Er det bare vand, der interagerer med elektricitet på denne måde? Hvad med spildt mælk eller juice? Og mere generelt, hvilke egenskaber ved materie bidrager til værdien af ​​dets ledningsevne?

Grundlæggende om elektricitet

Fænomenet kendt som elektricitet er virkelig ikke mere end bevægelsen af elektroner gennem et slags fysisk medium eller materiale.

Du tænker måske ikke på luft som et materiale, men faktisk er luft rig på forskellige molekyler, som du ikke kan se, hvoraf mange kan og deltage i elektrisk strøm. Du kan helt klart ikke se elektroner, så hvis du tror på elektricitet, skal du tro, at forbløffende små ting spiller en enorm rolle i opførelsen af ​​hverdagsmaterialer!

Forskellige materialer tillader denne passage af elektroner - og med dem, deres elektriske ladninger - i forskellige grader afhængigt af deres individuelle molekylære og atomære strukturer. Jo færre kollisioner med andre små genstande, der opleves ved lynlåsning af elektroner, jo lettere overføres de gennem det aktuelle spørgsmål.

Den generelle ligning for strømmen er I = V / R, hvor jeg er strømmen i ampere, V er elektrisk potentialforskel i volt ("spænding") og R er modstanden i ohm. Modstand er relateret til konduktivitet, som du snart lærer.

Hvad er konduktivitet?

Konduktivitet eller mere formelt elektrisk ledning, er et matematisk mål for en materialekapacitet til at lede elektricitet. Det er repræsenteret ved det græske bogstav sigma (σ) og dens SI (metriske system) enhed er sekener pr. meter (S / m).

Konduktivitet er bare den matematiske gengældelse af resistivitet. Resistivitet er repræsenteret med den lille græske bogstav rho (ρ) og måles i ohm-meter (Ωm), hvilket betyder, at S / m også kan beskrives som en gensidig ohm-meter (1 / Ωm eller Ωm^-1). I forlængelse heraf kan du se, at en siemen er gensidighed for en ohm. Siden udførelse noget sammen i den virkelige verden er det modsatte af modstå dens passage, dette giver fysisk mening.

Konduktiviteten af ​​et materiale er en iboende egenskab ved det materiale og er ikke forbundet med, hvordan et kredsløb eller andet system er samlet, hvilket er beregnet af "pr. Meter" i siemen-enheden. Det er relateret til et materiale, ofte en ledning i fysiske problemer, der involverer disse situationer, ved udtrykket R = ρL / A hvor L er længden, hvis ledningen i m og EN dets tværsnitsareal i m².

Konduktivitet vs. konduktans

Som bemærket afhænger ledningsevne ikke af eksperimentel opsætning og er kun en afspejling af, hvordan et givet materiale (fast, flydende eller gasformigt) "er." Nogle materialer fremstiller naturligt stærke ledere (og dermed dårlige modstande), mens andre kan lede elektrisk svagt eller slet ikke og skabe gode modstande (eller elektriske isolatorer).

Med et elektrisk kredsløb kan du manipulere opsætningen, så du kan få uanset det aktuelle strømniveau, du kan lide, uanset hvilken kombination af modstandselementer du inkluderer. Dette er grunden til, at modstand er udpeget R og har ingen længde i sine enheder; det er et mål for systemegenskaber, ikke et materiales. Derfor, ledningsevne (symboliseret med brevet G og målt i siemens) fungerer på samme måde. Men det er normalt mere praktisk at bruge R eller ρ end det er at gå med G eller σ.

Overvej som analogi, at træneren for et fodboldhold kan ændre styrken og hastigheden for dets individuelle spillere, men til sidst har hvert fodboldhold, der eksisterer, de samme væsentlige begrænsninger: 11 menneskelige spillere til en side, der varierer i deres fysiske kapaciteter, men har de samme grundlæggende egenskaber.

Elektrisk ledning og vand: et overblik

Den mest chokerende ting, du lærer i denne artikel (og det er ikke kun en ordspill, ærlig!) Er, at vand, rent strengt taget, er en frygtelig leder af elektricitet. Det vil sige rent H₂O (brint og ilt i et forhold på 2: 1) leder ikke elektricitet.

Som du ikke er i tvivl om allerede konkluderet, betyder det, at det at møde virkelig rent vand er noget, der stort set aldrig sker. Selv i en laboratorieindstilling er det let for ioner (ladede partikler) at "snige sig" i vand, der er kondenseret fra ren damp, dvs. destilleret.

Vand fra rør og direkte fra naturlige kilder er altid rig på urenheder såsom mineraler, kemikalier og forskellige opløste stoffer. Dette er naturligvis ikke en dårlig ting; alt dette salt i havvand gør det for eksempel lidt lettere at flyde i havet, hvis det er dit spil.

Som det sker, er bordsalt (natriumchlorid eller NaCl) et af de bedst kendte stoffer, der kan frarøve vand fra dets isolerende egenskaber, når de opløses i H₂O.

Betydningen af ​​konduktivitet i vand

Konduktivitet af vand i de amerikanske floder varierer vidt fra 50 til 1.500 uS / cm. Indlands ferskvandstrømme, der giver fiskene mulighed for at trives, har en tendens til at have mellem 150 og 500 µS / cm. Højere eller lavere konduktivitet kan indikere, at vandet ikke er egnet til visse arter af fisk eller makrovirvelløse dyr. Industrielle farvande kan variere så højt som 10.000 μS / cm.

Konduktivitet er et indirekte mål for f.eks. Vandkvalitet. Hver vandveje kan prale af et relativt konstant interval, der kan bruges som basislinjekonduktivitet for drikkevandstandarden. Regelmæssige konduktivitetsvurderinger udført ved hjælp af a vandledningsmåler. Store ændringer i konduktivitet kunne signalere behovet for en oprydningsindsats.

Varmeledningsevne

Denne artikel handler helt klart om elektrisk ledningsevne. I fysik er det dog sandsynligt, at du hører om ledning af varme, som er lidt anderledes, fordi varme måles i energi, mens elektricitet, der kan give energi, ikke er det.

Ændringer i en termisk konduktivitet i materialerne har en tendens til at parallelle ændringer til dets elektriske ledningsevne, skønt ikke som regel i samme skala. En interessant egenskab ved materialer er, at selvom de fleste af dem bliver dårligere ledere, når de opvarmes (når partikler suser hurtigere og hurtigere, når temperaturen klatrer, er det mere sandsynligt, at de "forstyrrer" elektroner), dette er ikke tilfældet for en klasse af materialer kaldet halvledere.