เนื้อหา
- ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับไฟฟ้า
- การนำคืออะไร?
- การนำไฟฟ้ากับการนำ
- สื่อกระแสไฟฟ้าและน้ำ: ภาพรวม
- ความสำคัญของการนำไฟฟ้าในน้ำ
- การนำความร้อน
ใครก็ตามที่ใช้เวลาไปกับสระว่ายน้ำจะพบว่าคนส่วนใหญ่กังวลว่าจะมีอุปกรณ์ไฟฟ้าอยู่ใกล้น้ำ - ยิ่งมีมากขึ้นดังนั้นหากพวกเขาเสียบปลั๊ก
นี่เป็นเรื่องจริงในสถานการณ์ส่วนใหญ่ที่มีแหล่งกักเก็บน้ำเพียงพออยู่ใกล้กับกระแสไฟฟ้าที่รู้จัก ด้วยการนำไฟฟ้าน้ำอาชญากรรม "เครื่องปิ้งขนมปังในอ่างอาบน้ำ" ที่โหดร้ายเป็นสิ่งที่น่าเบื่อที่น่าเบื่อในโรงเรียนเก่าเรื่องราวฆาตกรรมลึกลับ
ประเด็นที่นี่ไม่ใช่ที่คุณสามารถทำร้ายตัวเองด้วยไฟฟ้าแม้ว่านั่นเป็นสิ่งสำคัญเสมอที่จะจำ มันเป็นสิ่งที่ผู้ใหญ่ส่วนใหญ่เตือนและสำหรับเด็กวัยเรียนเรื่องที่รู้ว่าจะหลีกเลี่ยงการผสมน้ำกับกระแสในรูปแบบใด ๆ ไม่ว่าพวกเขาจะรู้ฟิสิกส์หรือไม่ (อันที่จริงแล้วบางความคิดที่ระมัดระวังมากเกินไปยังคงมีอยู่เช่นความคิดที่คุณมีแนวโน้มที่จะได้รับความตกใจหากคุณสัมผัสสวิตช์ไฟพลาสติกเมื่อนิ้วของคุณเปียก)
สิ่งที่สำคัญกว่าในตอนนี้ก็คือคำถามที่ว่ากระแสไฟฟ้าไหลอย่างน้อย บาง ของเหลวเมื่ออย่างน้อย บาง ของแข็งสามารถบรรจุได้ เป็นเพียงแค่น้ำที่ทำปฏิกิริยากับกระแสไฟฟ้าในลักษณะนี้หรือไม่? นมหรือน้ำผลไม้ที่หกรั่วไหล และโดยทั่วไปคุณสมบัติของสารอะไรที่มีส่วนทำให้เกิดคุณค่าของมัน การนำ?
ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับไฟฟ้า
ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าไฟฟ้าไม่ได้เป็นอะไรมากไปกว่าการเคลื่อนที่ของ อิเล็กตรอน ผ่านสื่อทางกายภาพหรือวัสดุบางชนิด
คุณอาจไม่คิดว่าอากาศเป็นวัตถุ แต่อันที่จริงแล้วอากาศที่อุดมไปด้วยโมเลกุลต่าง ๆ ที่คุณไม่สามารถมองเห็นได้ซึ่งส่วนใหญ่สามารถและมีส่วนร่วมในกระแสไฟฟ้า คุณไม่เห็นอิเล็กตรอนอย่างชัดเจนดังนั้นหากคุณเชื่อในไฟฟ้าคุณควรเชื่อว่าสิ่งเล็ก ๆ ที่น่าอัศจรรย์มีบทบาทอย่างมากต่อพฤติกรรมของวัสดุในชีวิตประจำวัน!
วัสดุที่แตกต่างกันนี้ทำให้อิเล็กตรอนผ่านไปได้และด้วยประจุไฟฟ้าของพวกมันจนถึงระดับที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับโครงสร้างโมเลกุลและอะตอมของแต่ละบุคคล ยิ่งการชนกับวัตถุขนาดเล็กอื่น ๆ น้อยลงเท่าไหร่ประสบการณ์โดยการซิปอิเลคตรอน
สมการทั่วไปสำหรับการไหลของกระแสคือ I = V / R ที่ไหน ผม คือกระแสไฟฟ้าเป็นแอมแปร์ V คือความต่างศักย์ไฟฟ้าเป็นโวลต์ ("แรงดัน") และ R คือความต้านทานเป็นโอห์ม การต่อต้านเกี่ยวข้องกับการนำไฟฟ้าอย่างที่คุณจะได้เรียนรู้ในไม่ช้า
การนำคืออะไร?
การนำไฟฟ้าหรือมากกว่าอย่างเป็นทางการ สื่อกระแสไฟฟ้าเป็นการวัดทางคณิตศาสตร์ของความสามารถในการใช้วัสดุไฟฟ้า มันเป็นตัวแทนของซิกมาตัวอักษรกรีก (σ) และหน่วย SI (ระบบเมตริก) ของมันคือ ซีเมนส์ต่อเมตร (S / m).
การนำไฟฟ้าเป็นเพียงส่วนกลับทางคณิตศาสตร์ของ ความต้านทาน ความต้านทานจะแสดงโดยตัวอักษรกรีกตัวเล็ก rho (ρ) และวัดเป็น ohm-meters (Ωm) ซึ่งหมายความว่า S / m ยังสามารถอธิบายได้ว่าเป็น ohm-meter ซึ่งกันและกัน (1 / ΩmหรือΩm-1) โดยการขยายคุณจะเห็นว่า siemen เป็นส่วนกลับของโอห์ม ตั้งแต่ การดำเนิน บางสิ่งในชีวิตจริงเป็นสิ่งที่ตรงกันข้าม ต่อต้าน เนื้อเรื่องของมันทำให้รู้สึกได้
การนำไฟฟ้าของวัสดุเป็นคุณสมบัติที่แท้จริงของวัสดุนั้นและไม่เกี่ยวข้องกับวิธีการประกอบวงจรหรือระบบอื่น ๆ ซึ่งประกอบโดย "ต่อเมตร" ในหน่วยซีเมนส์ มันเกี่ยวข้องกับความต้านทานของวัสดุซึ่งมักเป็นเส้นลวดในปัญหาฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับสถานการณ์เหล่านี้โดยการแสดงออก R = ρL / A ที่ไหน L คือความยาวถ้าลวดเป็น m และ พื้นที่หน้าตัดเป็น m2.
การนำไฟฟ้ากับการนำ
การนำไฟฟ้าไม่ได้ขึ้นอยู่กับการตั้งค่าการทดลองและเป็นเพียงภาพสะท้อนของวัสดุที่กำหนด (ของแข็งของเหลวหรือก๊าซ) "เป็น" วัสดุบางชนิดทำให้ตัวนำที่แข็งแกร่ง (และตัวต้านทานที่ไม่ดี) ในขณะที่วัสดุอื่นสามารถนำไฟฟ้าได้อย่างอ่อนหรือไม่เลยและทำให้ตัวต้านทานที่ดี (หรือฉนวนไฟฟ้า)
ด้วยวงจรไฟฟ้าคุณสามารถจัดการการตั้งค่าเพื่อให้สามารถรับกระแสในระดับใดก็ได้ที่คุณต้องการจากการรวมองค์ประกอบความต้านทานเข้าด้วยกัน นี่คือเหตุผลที่กำหนดความต้านทาน R และไม่มีความยาวในหน่วย เป็นการวัดคุณสมบัติของระบบไม่ใช่ของวัสดุ ดังนั้น สื่อกระแสไฟฟ้า (สัญลักษณ์ตามตัวอักษร G และวัดในซีเมนส์) ทำงานในลักษณะเดียวกัน แต่ปกติแล้วมันจะใช้งานได้สะดวกกว่า R หรือ ρ กว่าที่จะไปด้วย G หรือ σ.
ในการเปรียบเทียบให้พิจารณาว่าโค้ชของทีมฟุตบอลสามารถเปลี่ยนความแข็งแกร่งและความเร็วของผู้เล่นแต่ละคนได้ แต่ในท้ายที่สุดทุกทีมฟุตบอลที่มีอยู่มีข้อ จำกัด ที่สำคัญเช่นเดียวกัน: ผู้เล่น 11 คนไปด้านข้างแตกต่างกันไปในร่างกาย ความสามารถ แต่มีคุณสมบัติพื้นฐานเดียวกัน
สื่อกระแสไฟฟ้าและน้ำ: ภาพรวม
สิ่งที่น่าตกใจที่สุดที่คุณจะได้เรียนรู้ในบทความนี้ (และนั่นไม่ใช่แค่การเล่นสำนวนซื่อสัตย์!) คือน้ำที่พูดอย่างเคร่งครัดเป็นตัวนำไฟฟ้าที่แย่มาก นั่นคือบริสุทธิ์ H2O (ไฮโดรเจนและออกซิเจนในอัตราส่วน 2: 1) ไม่นำไฟฟ้า
ในขณะที่คุณไม่ต้องสงสัยเลยว่าข้อสรุปนี้หมายความว่าการเผชิญหน้ากับน้ำบริสุทธิ์อย่างแท้จริงเป็นสิ่งที่ไม่เคยเกิดขึ้น แม้แต่ในห้องแล็บก็ยังง่ายสำหรับไอออน (อนุภาคที่มีประจุ) เป็น "แอบ" ลงไปในน้ำที่ถูกควบแน่นจากไอน้ำบริสุทธิ์เช่นกลั่น
น้ำจากท่อและโดยตรงจากแหล่งธรรมชาติอุดมไปด้วยสิ่งสกปรกเช่นแร่ธาตุสารเคมีและสารที่ละลายได้หลายชนิด นี่ไม่ใช่สิ่งที่เลวร้ายแน่นอน ตัวอย่างเช่นเกลือทั้งหมดในน้ำทะเลทำให้มันง่ายขึ้นเล็กน้อยที่จะล่องลอยในทะเลถ้านั่นเป็นเกมของคุณ
เมื่อมันเกิดขึ้นเกลือแกง (โซเดียมคลอไรด์หรือ NaCl) เป็นหนึ่งในสารที่รู้จักกันดีที่สามารถปล้นน้ำของคุณสมบัติฉนวนเมื่อละลายใน H2ทุม
ความสำคัญของการนำไฟฟ้าในน้ำ
ค่าการนำไฟฟ้าของน้ำในแม่น้ำของสหรัฐอเมริกาอยู่ในช่วงกว้างตั้งแต่ประมาณ 50 ถึง 1,500 µS / cm ลำธารน้ำจืดที่ช่วยให้ปลาเจริญเติบโตมีแนวโน้มที่จะอยู่ระหว่าง 150 ถึง 500 µS / cm ค่าการนำไฟฟ้าที่สูงหรือต่ำอาจบ่งบอกว่าน้ำไม่เหมาะสำหรับปลาบางชนิดหรือสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังขนาดใหญ่ น่านน้ำอุตสาหกรรมสามารถสูงถึง 10,000 µS / cm
การนำไฟฟ้าเป็นการวัดทางอ้อมของคุณภาพน้ำในลำธาร ทางน้ำแต่ละแห่งมีช่วงที่ค่อนข้างคงที่ซึ่งสามารถใช้เป็นค่านำไฟฟ้าพื้นฐานของมาตรฐานน้ำดื่ม การประเมินค่าการนำไฟฟ้าปกติทำได้โดยใช้ เครื่องวัดค่านำไฟฟ้า. การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในการนำไฟฟ้าสามารถส่งสัญญาณความต้องการในการทำความสะอาด
การนำความร้อน
บทความนี้ชัดเจนเกี่ยวกับการนำไฟฟ้า ในทางฟิสิกส์คุณน่าจะได้ยินเกี่ยวกับการนำความร้อนซึ่งแตกต่างกันเล็กน้อยเพราะความร้อนถูกวัดในพลังงานในขณะที่ไฟฟ้าซึ่งสามารถให้พลังงานไม่ใช่
การเปลี่ยนแปลงในการนำความร้อนของวัสดุมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนแปลงขนานไปกับการนำไฟฟ้าแม้ว่าจะไม่ได้อยู่ในระดับเดียวกัน คุณสมบัติที่น่าสนใจอย่างหนึ่งของวัสดุคือแม้ว่าพวกเขาส่วนใหญ่จะเป็นตัวนำที่ด้อยกว่าเนื่องจากมีความร้อน (เมื่ออนุภาคหมุนรอบได้เร็วขึ้นและเร็วขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นพวกมันก็มีแนวโน้มที่จะ "รบกวน" กับอิเล็กตรอน) วัสดุที่เรียกว่าเซมิคอนดักเตอร์