المحتوى
- أساسيات الكهرباء
- ما هي الموصلية؟
- الموصلية مقابل الموصلية
- التوصيل الكهربائي والمياه: نظرة عامة
- أهمية الموصلية في الماء
- توصيل حراري
يكتشف أي شخص يقضي الكثير من الوقت حول حوض السباحة بسرعة أن الناس يشعرون بالقلق الشديد عمومًا بشأن امتلاك أجهزة كهربائية بالقرب من المياه - وهذا هو الحال إذا تم توصيلها.
هذا صحيح ، في الواقع ، في معظم الحالات التي يوجد فيها خزان مياه كافٍ في أي مكان بالقرب من التدفقات المعروفة للتيار الكهربائي. بفضل التوصيل المائي ، تعتبر جريمة "محمصة في حوض الاستحمام" الشريرة شيئًا ما عبارة عن كليشيهات محبوبة في قصص الغموض التي ترتكب في المدرسة القديمة.
النقطة هنا ليست أنه يمكنك أن تؤذي نفسك بالكهرباء ، على الرغم من أن ذلك أمر حيوي دائمًا ؛ أن معظم البالغين في حالة تأهب ، وبالنسبة لأطفال المدارس المتوسطة ، يعرفون أن يبتعدوا عن خلط الماء مع التيار بأي شكل من الأشكال سواء كانوا يعرفون الفيزياء أم لا. (في الواقع ، تستمر بعض الأفكار الحذرة بشكل مفرط ، مثل الفكرة التي من المحتمل أن تتعرض لصدمة إذا كنت تلمس مفتاح إضاءة بلاستيكي عندما تكون أصابعك رطبة.)
الأهم في الوقت الحالي هو مسألة كيفية "تدفق" الكهرباء على الأقل بعض السوائل عندما على الأقل بعض المواد الصلبة يمكن أن تحتوي عليه. هل هو مجرد ماء يتفاعل مع الكهرباء بهذه الطريقة؟ ماذا عن اللبن المسكوب أو العصير؟ وبشكل عام ، ما خصائص المادة تساهم في قيمة لها التوصيل?
أساسيات الكهرباء
الظاهرة المعروفة بالكهرباء هي في الحقيقة ليست أكثر من حركة الإلكترونات من خلال نوع من الوسائط المادية ، أو المادية.
قد لا تفكر في الهواء كمادة ، ولكن في الحقيقة ، الهواء غني بالعديد من الجزيئات التي لا تستطيع رؤيتها ، والكثير منها يمكنه المشاركة في التدفق الكهربائي. من الواضح أنك لا تستطيع رؤية الإلكترونات ، لذا إذا كنت تؤمن بالكهرباء ، فيجب أن تؤمن أن الأشياء الصغيرة المدهشة تلعب دورًا كبيرًا في سلوك المواد اليومية!
تسمح المواد المختلفة بمرور الإلكترونات هذه - ومعها الشحنات الكهربائية الخاصة بها - بدرجات مختلفة اعتمادًا على هياكلها الجزيئية والذرية الفردية. كلما قل عدد الاصطدامات مع الأجسام الصغيرة الأخرى التي تواجهها الإلكترونات المضغوطة ، زادت سهولة انتقالها من خلال المسألة المعنية.
المعادلة العامة للتدفق الحالي هي أنا = الخامس / ص ، أين أنا هو التدفق الحالي في الأمبيرات ، الخامس هو فرق الجهد الكهربائي في فولت ("الجهد") و R هي المقاومة في أوم. يرتبط المقاومة بالتوصيل ، كما تعلم قريبا.
ما هي الموصلية؟
الموصلية ، أو أكثر رسميا التوصيل الكهربائي، هو مقياس رياضي لقدرة المواد على توصيل الكهرباء. ويمثلها الرسالة اليونانية سيغما (σ) و SI (النظام المتري) وحدة هي سيمنز للمتر (S / م).
الموصلية هي مجرد الرياضية المتبادلة ل المقاومة النوعية. تُمثَّل المقاومة بالحرف اليوناني الصغير rho (ρ) ويُقاس بالأمتار بالأوم (Ωm) ، مما يعني أنه يمكن أيضًا وصف S / m على أنها متر أوم متبادل (1 / Ωm أو Ωm-1). بالامتداد ، يمكنك أن ترى أن السائل هو بالمقابل لأوم. منذ إجراء شيء ما في العالم الحقيقي هو عكس مقاومة مرورها ، وهذا يجعل الشعور الجسدي.
تعد توصيلية المادة خاصية جوهرية لتلك المادة ولا علاقة لها بالكيفية التي يتم بها تجميع الدائرة أو النظام الآخر ، والتي يتم حسابها بواسطة "لكل متر" في وحدة سيمنز. يرتبط بمقاومة المادة ، وغالبًا ما يكون سلكًا في مشكلات الفيزياء التي تنطوي على هذه المواقف ، من خلال التعبير R = /L / A أين L هو طول السلك في م و أ مساحتها مستعرضة في م2.
الموصلية مقابل الموصلية
كما لوحظ ، الموصلية لا تعتمد على التركيب التجريبي وهي مجرد انعكاس لكيفية وجود مادة معينة (صلبة ، سائلة أو غازية). تعمل بعض المواد بشكل طبيعي على توصيل الموصلات القوية (وبالتالي المقاومات السيئة) بينما يمكن للمواد الأخرى توصيل الكهرباء بشكل ضعيف أو لا يعمل على الإطلاق وجعل المقاومات الجيدة (أو العوازل الكهربائية).
من خلال دائرة كهربائية ، يمكنك التحكم في الإعداد بحيث يمكنك الحصول على أي مستوى من التيار الذي تفضله في ضوء أي مزيج من عناصر المقاومة التي تقوم بتضمينها. لهذا السبب تم تحديد المقاومة R وليس لها طول في وحداتها ؛ انها مقياس لخصائص النظم ، وليس من المواد. وفقا لذلك، تصرف (يرمز إلى الرسالة G ويقاس في سيمنز) يعمل بنفس الطريقة. لكن عادة أكثر ملاءمة للاستخدام R أو ρ مما هو عليه مع الذهاب G أو σ.
كقياس ، اعتبر أن مدرب فريق كرة القدم يمكنه تغيير قوة وسرعة اللاعبين الفرديين ، لكن في النهاية ، يوجد لدى كل فريق كرة قدم وجود نفس القيود الأساسية: 11 لاعبًا بشريًا إلى جنب ، متفاوتة في قدراتهم البدنية القدرات ولكن لديها نفس الخصائص الأساسية.
التوصيل الكهربائي والمياه: نظرة عامة
الشيء الأكثر إثارة للصدمة الذي ستتعلمه في هذه المقالة (وهذا ليس مجرد تورية ، صادقة!) هو أن الماء ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، هو موصل فظيع للكهرباء. وهذا هو القول ، H النقي2يا (الهيدروجين والأكسجين في نسبة 2: 1) لا يوصل الكهرباء.
بما أنك لم تنتهِ من قبل ، فهذا يعني أن مواجهة الماء النقي حقًا أمر لا يحدث أبدًا. حتى في بيئة المعمل ، من السهل على أيونات (الجزيئات المشحونة) "التسلل" إلى الماء الذي يتم تكثيفه من بخار نقي ، على سبيل المثال ، المقطر.
المياه من الأنابيب مباشرة من المصادر الطبيعية غنية في الشوائب مثل المعادن والمواد الكيميائية والمواد المذابة متنوعة. هذا ليس بالضرورة شيئًا سيئًا ، بالطبع ؛ كل هذا الملح في مياه المحيط ، على سبيل المثال ، يجعل من السهل أن تطفو في البحر إذا كانت هذه هي لعبتك.
كما يحدث ، يعد ملح الطعام (كلوريد الصوديوم ، أو كلوريد الصوديوم) واحدًا من أفضل المواد المعروفة التي يمكنها سرقة الماء من خصائصه العازلة عند إذابته في H2O.
أهمية الموصلية في الماء
تتراوح الموصلية المائية في الأنهار الأمريكية على نطاق واسع ، من حوالي 50 إلى 1500 ميكرومتر / سم. تميل مجاري المياه العذبة الداخلية التي تسمح للأسماك بالنمو إلى أن تتراوح ما بين 150 و 500 ميكرون / سم. قد تشير الموصلية العليا أو الأدنى إلى أن الماء غير مناسب لأنواع معينة من الأسماك أو اللافقاريات الكبيرة. المياه الصناعية يمكن أن تتراوح ما يصل إلى 10،000 /S / سم.
الموصلية هي مقياس غير مباشر لنوعية المياه على سبيل المثال. يفتخر كل ممر مائي بمجموعة ثابتة نسبيًا يمكن استخدامها كموصلية أساسية لمعيار مياه الشرب. تقييم الموصلية العادية القيام به باستخدام الموصلية متر المياه. التغيرات الكبيرة في الموصلية يمكن أن تشير إلى الحاجة إلى بذل جهد التنظيف.
توصيل حراري
هذا المقال هو بوضوح حول التوصيل الكهربائي. في الفيزياء ، من المحتمل أن تسمع عن توصيل الحرارة ، وهو مختلف قليلاً لأن الحرارة تقاس بالطاقة بينما الكهرباء ، التي يمكن أن توفر الطاقة ، ليست كذلك.
التغييرات في الموصلية الحرارية للمواد تميل إلى تغييرات موازية للموصلية الكهربائية ، ولكن ليس عادة على نفس المقياس. إن إحدى الخصائص المثيرة للاهتمام للمواد هي أنه في حين أن معظمهم يصبحون موصلات أشد فقراً مع تسخينها (حيث تزداد الجزيئات حولها بشكل أسرع وأسرع مع ارتفاع درجات الحرارة ، فمن المرجح أن "تتداخل" مع الإلكترونات) ، وهذا لا ينطبق على فئة من مواد تسمى أشباه الموصلات.