תוֹכֶן
- יסודות חשמל
- מהי מוליכות?
- מוליכות לעומת מוליכות
- מוליכות חשמל ומים: סקירה כללית
- חשיבות המוליכות במים
- מוליכות תרמית
כל מי שמבלה זמן רב בבריכת שחייה מגלה במהירות שאנשים בדרך כלל מודאגים מאוד מההתקשרות של מכשירים חשמליים ליד המים - על אחת כמה וכמה אם הם מחוברים לחשמל.
זה נכון, למעשה, ברוב המצבים בהם קיים מאגר מים מספיק קיים בכל מקום ליד זרמי זרם חשמלי ידועים. בזכות המוליכות של מים, פשע ה"טוסטר באמבטיה "השטני הוא משהו מקלישאה אהובה בסיפורי תעלומת-בית ספר ישנה.
הנקודה כאן היא לא שאתה יכול לפגוע בעצמך בחשמל, אם כי זה חיוני תמיד לזכור; זה שהמבוגרים הכי ערניים, ולצורך העניין ילדים בחטיבת הביניים, יודעים להימנע מערבוב מים עם זרם בכל צורה שהיא, בין אם הם מכירים פיזיקה או לא. (למען האמת, כמה רעיונות זהירים מדי נמשכים, כמו הרעיון שאתה עשוי להכות זעזוע אם אתה נוגע במתג תאורה מפלסטיק כאשר האצבעות שלך רטובות.)
חשובה יותר לעת עתה היא השאלה כיצד חשמל "זורם" לפחות כמה נוזלים כשלפחות כמה מוצקים יכולים להכיל אותו. האם זה רק מים שמתקשרים עם חשמל בדרך זו? מה עם חלב או מיץ שנשפך? ובאופן כללי יותר, אילו תכונות של חומר תורמות לערך שלו מוליכות?
יסודות חשמל
התופעה המכונה חשמל היא באמת לא יותר מתנועה של אלקטרונים דרך איזשהו מדיום פיזי, או חומר.
אתה אולי לא חושב על אוויר כחומר, אבל למעשה, אוויר עשיר במולקולות שונות שאתה לא יכול לראות, שהרבה מהם יכולים לעשות כן משתתפים בזרימה חשמלית. אתה פשוט לא יכול לראות אלקטרונים, כך שאם אתה מאמין בחשמל, אתה צריך להאמין שדברים זעירים להפליא ממלאים תפקיד עצום בהתנהגותם של חומרים יומיומיים!
חומרים שונים מאפשרים מעבר זה של אלקטרונים - ואיתם, המטענים החשמליים שלהם - בדרגות שונות בהתאם למבנים המולקולריים והאטומיים האישיים שלהם. ככל שההתנגשויות עם חפצים זעירים אחרים שחוו באמצעות רוכסן אלקטרונים פחותים, כך הם מועברים בקלות רבה יותר דרך העניין המדובר.
המשוואה הכללית לזרימה הנוכחית היא I = V / R, איפה אני הוא זרימת זרם באמפר, V הוא הפרש פוטנציאל חשמלי בוולט ("מתח") ו ר היא ההתנגדות באוהמס. התנגדות קשורה למוליכות, כפי שתלמד בקרוב.
מהי מוליכות?
מוליכות, או באופן רשמי יותר מוליכות חשמלית, הוא מדד מתמטי של יכולת חומרים להוליך חשמל. הוא מיוצג על ידי האות sigma היוונית (σ) ויחידת ה- SI (מערכת המטרית) שלה היא היחידה סימנס למטר (S / m).
מוליכות היא רק ההדדיות המתמטית של התנגדות. ההתנגדות מיוצגת על ידי האות היוונית הקטנה rho (ρ) והיא נמדדת באום-מטר (Ωm), מה שאומר שניתן להגדיר את ה- S / m גם כמטר אוהם הדדי (1 / Ωm או Ωm-1). בהרחבה, ניתן לראות ששמרת סימן היא הדדיות של אוהם. מאז מוליך משהו בעולם האמיתי הוא ההפך מ התנגדות המעבר שלה, זה הגיוני.
המוליכות של חומר הינה תכונה מהותית של אותו חומר ואינה קשורה לאופן הרכבת מעגל או מערכת אחרת, אשר מהווים את ה"ממטר "ביחידת סימנס. זה קשור להתנגדות של חומר, לרוב חוט בבעיות פיזיקה המערבות מצבים אלה, על ידי הביטוי R = ρL / A איפה ל הוא האורך אם החוט ב- m ו- א שטח החתך שלו במ '2.
מוליכות לעומת מוליכות
כאמור, מוליכות אינה תלויה בהגדרת הניסוי והיא רק שיקוף של האופן שבו חומר נתון (מוצק, נוזלי או גזי) "הוא". חומרים מסוימים מייצרים באופן טבעי מוליכים חזקים (ובכך נגדים עניים) בעוד שאחרים יכולים להוליך חשמל באופן חלש או לא ולעשות נגדים טובים (או מבודדים חשמליים).
בעזרת מעגל חשמלי תוכלו לתפעל את ההתקנה כך שתוכלו להשיג כל רמת זרם שתחפצו בהתחשב בכל שילוב של רכיבי התנגדות שתכללו. זו הסיבה המיועדת להתנגדות ר ואין לו אורך ביחידותיו; זה מדד לתכונות מערכות, לא לזה של חומר. בהתאם לכך, מוליכות (מסומל על ידי המכתב ז ונמדד בסימנס) עובד באותה צורה. אבל זה בדרך כלל נוח יותר לשימוש ר או ρ ממה שזה הולך איתו ז או σ.
כאנלוגיה, קחו בחשבון שמאמן קבוצת כדורגל יכול לשנות את כוחם ואת המהירות של שחקניו הבודדים, אך בסופו של דבר, לכל קבוצת כדורגל הקיימת יש את אותם אילוצים מהותיים: 11 שחקנים אנושיים לצד, המשתנים בפיזיות שלהם יכולות אך בעלי אותם תכונות בסיסיות.
מוליכות חשמל ומים: סקירה כללית
הדבר המזעזע ביותר שתלמדו במאמר זה (וזה לא סתם משחק מילים, ישר!) הוא שמים, בקפדנות, הם מוליך חשמל נורא. כלומר, ח 'טהור2O (מימן וחמצן ביחס 2: 1) אינו מוליך חשמל.
כפי שאין לך ספק כי כבר הסקת, פירוש הדבר שהמפגש עם מים טהורים באמת הוא דבר שלמעשה לעולם לא קורה. אפילו במסגרת מעבדה, קל מאוד עבור יונים (חלקיקים טעונים) "להתגנב" למים שעובדו מאדים טהורים, כלומר מזוקקים.
מים מצינורות וישירות ממקורות טבעיים עשירים תמיד בזיהומים כמו מינרלים, כימיקלים וחומרים מומסים שונים. זה לא בהכרח דבר רע, כמובן; כל המלח הזה במי האוקיינוס, למשל, מקל על הציפה בים אם זה המשחק שלך.
כפי שקורה, מלח שולחן (נתרן כלורי, או NaCl) הוא אחד החומרים הידועים יותר שיכולים לשדוד מים מתכונות הבידוד שלהם כשהם מומסים ב- H2O.
חשיבות המוליכות במים
המוליכות של מים בנהרות ארה"ב נעה מאוד, בין 50 ל- 1,500 מיקרומטר / ס"מ. נחלי מים מתוקים פנים-יבשתיים המאפשרים לדגים לשגשג נוטים להיות בין 150 ל- 500 מיקרומטר / סנטימטר. מוליכות גבוהה או נמוכה יותר עשויה להצביע על כך שהמים אינם מתאימים למינים מסוימים של דגים או חוליות חסרי חוליות. מים תעשייתיים יכולים לנוע עד 10,000 מיקרוסין / סנטימטר.
מוליכות היא מדד עקיף של, למשל, איכות מי הזרם. כל נתיב מים מתגאה בטווח קבוע יחסית שיכול לשמש כמוליכות קו בסיס של תקן מי השתייה. הערכות מוליכות קבועות הנעשות באמצעות א מד מוליכות מים. שינויים גדולים במוליכות עשויים לאותת על צורך במאמץ לנקות.
מוליכות תרמית
מאמר זה עוסק בבירור במוליכות חשמלית. בפיזיקה, עם זאת, סביר להניח שתשמעו על הולכת החום, שהיא מעט שונה מכיוון שחום נמדד באנרגיה ואילו החשמל שיכול לספק אנרגיה אינו.
שינויים במוליכות תרמית של חומרים אכן נוטים לשינויים מקבילים למוליכות החשמלית שלה, אם כי בדרך כלל לא באותה הסולם. אחד המאפיינים המעניינים של חומרים הוא שלמרות שרובם הופכים למוליכים עניים יותר כאשר הם מחוממים (כאשר חלקיקים מסתובבים יותר ויותר ככל שהטמפרטורה מטפסת, סביר יותר שהם "יפריעו" לאלקטרונים), זה לא נכון לגבי סוג של חומרים הנקראים מוליכים למחצה.