Что такое электрическая проводимость

Электропроводность

что такое электрическая проводимость

      Электропроводность.

      Электрическая проводимость (электропроводность, проводимость) — это способность тела проводить электрический ток, а также физическая величина, характеризующая эту способность и обратная электрическому сопротивлению.

В системе СИ единицей измерения электрической проводимости является См. О способности отдельных веществ проводить электрический ток можно судить по их удельному электрическому сопротивлению ρ [Oм*м] .

Для суждения об электропроводности материалов пользуются также понятием удельная электрическая проводимость

σ=1/ ρ

Удельная электрическая проводимость измеряется в сименсах на метр (См/м).

       Согласно закону Ома в линейном изотропном веществе удельная проводимость является коэффициентом пропорциональности между плотностью возникающего тока и величиной электрического поля в среде:

где  γ — удельная проводимость,

       J — вектор плотности тока,

        E — вектор напряжённости электрического поля.

      Электрическая проводимость G проводника может быть выражена следующими формулами:

G = 1/R = S/(ρl) = γS/l = I/U

где ρ — удельное сопротивление,        S — площадь поперечного сечения проводника,         l — длина проводника,        γ = 1/ρ — удельная проводимость,        U — напряжение на участке,  

       I — ток на участке.

Измеряется электрическая проводимость в сименсах: [G] = 1/1 Ом = 1 См.

       В веществах имеется два типа носителей зарядов: электроны или ионы. Движение этих зарядов создает электрический ток.

       Электропроводность различных веществ зависит от концентрации свободных  электрически заряженных частиц. Чем больше концентрация этих частиц, тем больше электропроводность данного вещества. Все вещества в зависимости от электропроводности делят на три группы: проводники, диэлектрики и полупроводники.

       

  • В зависимости от вида носителей тока различают:
  • — электронную проводимость в металлах и полупроводниках (передвижение в веществе свободных электронов как основных носителей зарядов)
  • — ионную проводимость в электролитах (упорядоченное передвижение в веществе ионов)
  • — смешанную электронно-ионную проводимость в плазме
  •  

    Вода. Лед. Пар.

           Вода (оксид водорода)— химическое вещество в виде прозрачной жидкости, не имеющей цвета (в малом объёме), запаха и вкуса (при нормальных условиях). Химическая формула: Н2O. В твёрдом состоянии вода называется льдом или снегом, а в газообразном — водяным паром. Вода является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы).

           В отдельно рассматриваемой молекуле воды атомы водорода и кислорода, точнее их ядра, расположены так, что образуют равнобедренный треугольник. В вершине его – сравнительно крупное кислородное ядро, в углах, прилегающих к основанию, – по одному ядру водорода.  

           Молекула воды представляет собой маленький диполь, содержащий положительный и отрицательный заряды на полюсах. Так как масса и заряд ядра кислорода больше чем у ядер водорода, то электронное облако стягивается в сторону кислородного ядра. При этом ядра водорода “оголяются”. Таким образом, электронное облако имеет неоднородную плотность.

    Около ядер водорода имеется недостаток электронной плотности, а на противоположной стороне молекулы, около ядра кислорода, наблюдается избыток электронной плотности. Именно такая структура и определяет полярность молекулы воды.

    Если соединить прямыми линиями эпицентры положительных и отрицательных зарядов получится объемная геометрическая фигура — правильный тетраэдр.

           Благодаря наличию водородных связей каждая молекула воды образует водородную связь с 4-мя соседними молекулами, образуя ажурный сетчатый каркас в молекуле льда. Однако, в жидком состоянии вода – неупорядоченная жидкость; эти водородные связи — спонтанные, короткоживущие, быстро рвутся и образуются вновь. Всё это приводит к неоднородности в структуре воды.

           То, что вода неоднородна по своему составу, было установлено давно. Лёд плавает на поверхности воды, то есть плотность кристаллического льда меньше, чем плотность жидкости.

           Почти у всех остальных веществ кристалл плотнее жидкой фазы. К тому же и после плавления при повышении температуры плотность воды продолжает увеличиваться и достигает максимума при 4°C. Менее известна аномалия сжимаемости воды: при нагреве от точки плавления вплоть до 40°C она уменьшается, а потом увеличивается. Теплоёмкость воды тоже зависит от температуры немонотонно.

           Кроме того, при температуре ниже 30°C с увеличением давления от атмосферного до 0,2 ГПа вязкость воды уменьшается, а коэффициент самодиффузии — параметр, который определяет скорость перемещения молекул воды относительно друг друга растёт.

    Источник: https://www.stud24.ru/phisics/jelektroprovodnost/128021-375637-page1.html

    Электропроводность сред и её роль в различных отраслях промышленности

    что такое электрическая проводимость

    Чаще всего под проводимостью понимается способность вещества передавать тепло, звук или электричество. В этом материале мы разберём электрическую проводимость (EC), которая представляет собой способность исследуемой среды проводить электрический ток.

    Небольшие положительно либо отрицательно заряженные частицы, называемые ионами, помогают переносить электрический заряд через вещество. Чем больше таких ионов, тем выше проводимость, соответственно, меньшее количество ионов приводит к снижению проводимости. А чем выше проводимость, тем выше способность среды проводить электричество.

    Это связано с большим количеством заряженных ионов, присутствующих в образце. Самой высокой электрической проводимостью обладают проводники – металлы и электролиты.

    Электропроводность сред, также называемая ЕС, основана на проводимости, которая, как мы выяснили, является способностью вещества передавать ток. Единицами измерения электропроводности является Siemens/cm (S/cm, mS/cm, μS/cm, dS/m). Например, сверхчистая вода имеет удельную проводимость 0.055 μS/см при температуре 25 °С. Величина электропроводности обратна величине электрического сопротивления, несмотря на то, что обе они являются характеристиками электропроводящей способности материалов.

    Какие отрасли промышленности полагаются на измерения ЕС?

    Теперь давайте взглянем на конкретные применения измерений ЕС в конкретных отраслях жизнедеятельности человека.

    ЕС и сельское хозяйство

    В сельскохозяйственной промышленности знание электропроводности почвы чрезвычайно важно для здоровья и роста сельскохозяйственных культур. Фермеры и производители, как правило, регулярно производят мониторинг содержания фосфатов, нитратов, кальция и калия почвы, поскольку эти питательные вещества необходимы для успешного роста растений.

    Тестирование электропроводности (ЕС) почвы может помочь производителям отслеживать количество всех питательных веществ, присутствующих в почве, и определять, требует ли она больше питательных веществ или же, наоборот, имеет место её перенасыщение.

    Таким образом, измерение EC почвы помогает экономить денежные средства в долгосрочной перспективе и обеспечивает здоровое растениеводство.

    EC и обработка воды

    Электрическая проводимость играет огромную роль в различных сферах, связанных с контролем качества воды. При очистке сточных вод ЕС измеряется для того, чтобы сопоставить параметры отходящих сточных вод со свойствами воды, в которую они поступают.

    Попадание в чистую воду стоков с чрезвычайно высокой или низкой солёностью может иметь пагубные последствия для здоровья водной флоры и фауны.

    Таким образом, сохранение измерений ЕС в приемлемых диапазонах является важным и полезным для поддержания здоровой и устойчивой экосистемы наших океанов и других природных водоёмов.

    EC и гальванические ванны

    Проводимость может также оказывать воздействие на гальванические ванны, с помощью которых проводятся процедуры нанесения на металлы слоёв защищающих веществ и/или придания им определённой окраски. Поэтому измерения ЕС являются обычным делом в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, изготовление ювелирных изделий и т. д.

    Измерения ЕС и общего содержания растворенных твердых веществ (TDS)

    Между тем, электропроводимость можно измерять и с целью определения общего количества растворенных твердых веществ в средах (TDS) и их солёности, что также весьма востребовано в различных отраслях промышленности. Обычно измерение EC используется для оценки параметров TDS. Это подразумевает то, что природа твёрдых частиц является ионной и соотношение между растворенными ионами и проводимостью ЕС нам известно.

    Для измерения TDS используются единицы мг/л (ppm) или г/л.

    Некоторые модели измерителей электропроводимости разрешают пользователю осуществлять введение коэффициента TDS для последующего преобразования, однако в большинстве приборов данный коэффициент устанавливается автоматически на значении 0.50.

    Для растворов с высоким содержанием ионов коэффициент TDS составляет 0.5, а для слабых образцов, таких как, например, удобрения, он равен 0.7. Следует заметить, что коэффициенты преобразования TDS для разных твёрдых тел являются различными.

    Измерения электропроводимости и солёности

    Измерения EC также могут применяться для определения солёности морской воды. Существуют различные шкалы, предназначенные для измерений солёности в солёной воде в зависимости от возможностей вашего измерительного прибора. Три общих шкалы солености – это практическая шкала минерализации (от 0.00 до 42.

    00 единиц практической солености, определенных Организацией Объединенных Наций по вопросам образования и культуры (ЮНЕСКО) в 1978 году; процентная шкала (от 0.0 до 400.0 %), где 100 % — морская вода; и природная шкала морской воды (от 0.00 до 80.00 п.п.), определенная ЮНЕСКО в 1966 году.

    Каждый измеритель электропроводности обладает собственными алгоритмами для преобразования результатов измерений проводимости в желаемый масштаб в соответствии с этими шкалами.

    Влияние температуры измеряемого вещества на показатели проводимости

    Следует также иметь в виду, что температура измеряемого образца влиять на измерения ЕС. Ведь от температуры зависит активность ионов и концентрация вещества, а это, в свою очередь, влияет на проводимость. Чем выше температура раствора, тем ниже сопротивление (что соответствует более высокой проводимости). И, наоборот, чем ниже температура вещества, тем выше сопротивление (и тем ниже проводимость).

    Встроенные датчики температуры в приборах для измерения проводимости определяют температуру раствора в режиме реального времени. Встроенная автокомпенсация корректирует измеряемую проводимость до контрольной температуры с помощью фиксированного коэффициента β для линейной компенсации.

    Более продвинутые измерители проводимости позволяют регулировать β для компенсации различных сред и осуществляют регулировку эталонной температур в максимально широких температурных диапазонах.

    Какие датчики используют для измерения проводимости?

    Существует несколько типов зондов для измерения проводимости. Они подключаются к корпусу измерительного оборудования для сбора максимально точных показаний.

    Амперометрический датчик

    Амперометрический датчик – это двухэлектродный зонд, измеряющий проводимость с применением амперометрического метода. Эти два электрода изолированы друг от друга, однако и тот и другой при этом контактируют с раствором, для измерения. Данный зонд функционирует с использованием переменного напряжения на определенной частоте между парой электродов, находящихся в растворе.

    Двухэлектродные зонды не требуют большого объёма образца, чтобы полностью покрыть датчики, однако измерительный диапазон таких электродов ограничен. Также если вы тестируете образцы, обладающие переменной электропроводимостью, вам вероятнее всего придётся приобрести более одного двухэлектродного зонда и/или измерительного прибора.

    Потенциометрический зонд

    Данный измерительный датчик представляет собой четырёхкольцовый зонд, который использует для анализа сред потенциометрический подход. В «кольцо» входят два внешних «приводных» и два внутренних электрода. На внешние электроды подаётся переменный ток для индукции тока через раствор.

    В свою очередь, внутренняя пара электродов измеряет падение потенциала, вызванное наличием тока. Четырёхдиапазонные зонды могут покрывать более широкий измерительный диапазон (концентрацию ионов) и демонстрируют более высокую степень точности, в сравнении с амперометрическим методом исследования.

    Однако зонд такого типа потребует большего количества измеряемого вещества.

    По материалам Brown, M. (октябрь, 2015). Гальваника: о чём должен знать каждый инженер

    Источник: https://xn----7sbabfc9cl.xn--p1ai/blog/post/21-elektroprovodnost-sred-i-eyo-rol-v-razlichnykh-otraslyakh-promyshlennosti

    Электропроводность воды, или что такое кондуктометрия

    что такое электрическая проводимость

    Электропроводность воды (далее возможно ЭВ) – очень важное для каждого из нас свойство воды.

    Каждый человек должен знать, что вода, как правило, обладает электропроводностью. Незнание этого факта может привести к пагубным последствиям для жизни и здоровья.

    Например, категорически запрещается пользоваться электроприборами, принимая ванну или душ, строго запрещается купаться в открытых водоемах во время грозы

    Дадим несколько определений понятию электропроводности

    Электропроводность вещества — это

    Скалярная величина, характеризующая электропроводность вещества и равная отношению плотности электрического тока проводимости к напряженности электрического поля.

    Свойство вещества проводить неизменяющийся во времени электрический ток под действием неизменяющегося во времени электрического поля.

    Политехнический терминологический толковый словарь. Составление: В. Бутаков, И. Фаградянц. 2014

    Электропроводность ( электропроводности, мн. нет, жен. (физ.)) — способность проводить, пропускать электричество.

    Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935-1940

    Электропроводность или Электрическая проводимость — свойство вещества проводить под действием не изменяющегося электрического поля неизменяющийся во времени электрический ток. Э. п. обусловлена наличием в веществе подвижных электрических зарядов — носителей тока.

    Видом носителя тока определяется электронная (у металлов и полупроводников), ионная (у электролитов), электронно-ионная (у плазмы) и дырочная (совместно с электронной) (у полупроводников). В зависимости от удельной электрической проводимости все тела делят на проводники , полупроводники и диэлектрики, физ.

    величина, обратная электрическому сопротивлению. В СИ единицей электрической проводимости является сименс (см.); 1 См = 1 Ом-1.

    Большая политехническая энциклопедия. — М.: Мир и образование. Рязанцев В. Д.. 2011

    Электропроводность воды — это

    Электропроводность воды – это показатель проводимости водой электрического тока, характеризующий содержание солей в воде.

    Политехнический терминологический толковый словарь. Составление: В. Бутаков, И. Фаградянц. 2014

    Электропроводность морской воды — способность морской воды проводить ток под действием внешнего электрического поля благодаря наличию в ней носителей электрических зарядов — ионов растворенных солей, главным образом NaCl. Электропроводность морской воды увеличивается пропорционально повышению ее солености и в 100 — 1000 раз больше, чем у речной воды. Зависит также от температуры воды.

    Морской энциклопедический справочник. — Л.: Судостроение. Под редакцией академика Н. Н. Исанина. 1986

    Из приведенных выше определений становится очевидным, что величина электропроводности воды не является константой, а зависит от наличия в ней солей и других примесей. Так, например, электропроводность дистиллированной воды минимальна.

    Как же узнать ЭВ и как ее измерить

    Кондуктометрия — измерение электропроводности воды

    Для измерения электропроводности воды используется метод Кондуктометрия (смотрите определения ниже), а приборы, с помощью которых производят измерения электропроводности, имеют созвучное методу название – Кондуктометры.

    Кондуктометрия — это

    Кондуктометрия  и, мн. нет, ж. (нем. Konduktometrie < лат. conductor проводник + греч. metreō мерю), тех., хим. — один из видов химического количественного анализа, основанный на измерении электропроводности исследуемого раствора при постепенном добавлении к нему исследуемого реагента.

    Толковый словарь иностранных слов Л. П. Крысина.- М: Русский язык, 1998

    Кондуктометрия (от англ. conductivity — электропроводность и греч. metreo — измеряю) — электрохимический метод анализа, основанный на измерении электрической проводимости растворов. Применяют для определения концентрации растворов солей, кислот, оснований, контроля состава некоторых промышленных растворов.

    Энциклопедический словарь. 2009

    Удельная электропроводность воды

    И в завершение приведем несколько значений удельной электропроводности для различных видов вод*.

    Удельная электропроводность воды — это

    Удельная электропроводность воды — электропроводность единицы объема воды.

    [ГОСТ 30813-2002]

    Значения удельной электропроводности различных вод * :

    • Водопроводная вода – 36,30 мкСМ/м;
    • Дистиллированная вода – 0,63 мкСМ/м;
    • Питьевая (бутилированная) – 20,2 мкСМ/м;
    • Питьевая вымороженная – 19,3 мкСМ/м;
    • Водопроводная вымороженная – 22 мкСМ/м.

    * Статья «Электропроводность образцов питьевой воды разной степени чистоты»  Авторы: Воробьёва Людмила Борисовна. Журнал: «Интерэкспо Гео-Сибирь Выпуск № -5 / том 1 / 2012».

    ДАТА СОЗДАНИЯ ПУБЛИКАЦИИ: Мар 3, 2016 22:07

    Источник: https://vodamama.com/water-sonductivity.html

    2.3. Свойства проводников. 2. Проводниковые материалы. Химия радиоматериалов. Курс лекций

    2.3.1. Удельная проводимость и удельное сопротивление проводников

    2.3.2. Температурный коэффициент удельного сопротивления металлов

    2.3.3. Изменение удельного сопротивления металлов при плавлении

    2.3.4. Изменение удельного сопротивления металлов при деформациях

    2.3.5. Удельное сопротивление сплавов

    2.3.6. Теплопроводность металлов

    2.3.7. Термоэлектродвижущая сила

    2.3.8. Механические свойства проводников

    К важнейшим параметрам, характеризующим свойства проводниковых материалов, относятся:

    • удельная проводимость g или обратная ей величина – удельное сопротивление r,
    • температурный коэффициент удельного сопротивления ТКr или ar,
    • теплопроводность g т,
    • контактная разность потенциалов и термо-э.д.с.,
    • работа выхода электронов из металла,
    • предел прочности при растяжении sr и относительное удлинение при разрыве Dl/l.

    2.3.1. Удельная проводимость и удельное сопротивление проводников

    Связь плотности тока J, А/м2, и напряженности электрического поля Е, В/м, в проводнике дается известной формулой:

    (2.1)

    Здесь g, См/м – параметр проводникового материала, называемый его удельной проводимостью; в соответствии с законом Ома g не зависит от напряженности электрического поля при изменении последней в весьма широких пределах. Величина r=1/g, oбратная удельной проводимости и называемая удельным сопротивлением, для имеющего сопротивление R проводника длиной l с постоянным поперечным сечением S вычисляется по формуле

    ρ = R·S/l. (2.2)

    Единица СИ для удельного сопротивления — Ом·м. Диапазон значений удельного сопротивления ρ металлических проводников при нормальной температуре довольно узок: от 0.016 для серебра и до примерно 10 мкОм·м для железохромоалюминиевых сплавов, т.е. он занимает всего три порядка.

    Значение удельной проводимости γ в основном зависит от средней длины свободного пробега электронов в данном проводнике, которая, в свою очередь, определяется структурой проводникового материала. Все чистые металлы с наиболее правильной кристаллической решеткой характеризуются наименьшими значениями удельного сопротивления; примеси, искажая решетку, приводят к увеличению ρ.

    И с точки зрения волновой теории, рассеяние электронных волн происходит на дефектах кристаллической решетки, которые соизмеримы с расстоянием порядка четверти длины электронной волны. Нарушения меньших размеров не вызывают заметного рассеяния волн.

    ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что такое реостат в физике

    2.3.2. Температурный коэффициент удельного сопротивления металлов

    Число носителей заряда в металлическом проводнике при повышении температуры остается практически неизменным.

    Однако вследствие колебаний узлов кристаллической решетки с ростом температуры появляется все больше и больше препятствий на пути направленного под действием электрического поля движения свободных электронов, т.е.

    уменьшается средняя длина свободного пробега электрона, уменьшается подвижность электронов и, как следствие, уменьшается удельная проводимость металлов, и увеличивается удельное сопротивление. Иными словами, температурный коэффициент удельного сопротивления металлов положителен.

    2.3.3. Изменение удельного сопротивления металлов при плавлении

    При переходе из твердого состояния в жидкое у большинства металлов наблюдается увеличение удельного сопротивления, как это видно из рис.2.1; однако некоторые металлы при плавлении повышают ρ.

    Рис.2.1. Зависимость удельного сопротивления меди от температуры.

    Скачок соответствует температуре плавления меди 1083°С

    Удельное сопротивление увеличивается при плавлении у тех металлов, которые при плавлении увеличивают объем, т.е. уменьшают плотность; у металлов с противоположным характером изменения объема при плавлении (аналогичным фазовому переходу лед-вода) ρ уменьшается.

    2.3.4. Изменение удельного сопротивления металлов при деформациях

    Изменение удельного сопротивления при растяжении или сжатии приближенно может оцениваться формулой

    ρ = ρ0 (1± σ ·s) , (2.3)

    где ρ — удельное сопротивление металла при механическом напряжении σ, ρ0 – удельное сопротивление металла, не подверженного механическому воздействию, s – коэффициент механического напряжения, характеризующий данный металл; знак плюс в формуле соответствует растяжению, минус – сжатию.

    Изменение ρ при упругих деформациях объясняется изменением амплитуды колебаний узлов кристаллической решетки металла. При растяжении эти амплитуды увеличиваются, при сжатии – уменьшаются.

    Увеличение амплитуды колебаний узлов кристаллической решетки приводит к уменьшению подвижности носителей зарядов и, как следствие, к возрастанию ρ. Пластическая деформация, как правило, повышает удельное сопротивление металлов вследствие искажения кристаллической решетки.

    При рекристаллизации путем отжига удельное сопротивление может быть вновь снижено до первоначального значения.

    2.3.5. Удельное сопротивление сплавов

    Значительное возрастание ρ наблюдается при сплавлении двух металлов в том случае, если они образуют друг с другом твердый раствор, т.е. создают при отвердевании совместную кристаллизацию, и атомы одного металла входят в кристаллическую решетку другого.

    ρ имеет максимум, соответствующий некоторому определенному соотношению между содержанием компонентов в сплаве. Так, Н.С.

    Курнаков открыл, что в тех случаях, когда при определенном соотношении между компонентами они образуют друг с другом явно выраженные химические соединения (интерметаллиды), на кривых ρ в функции состава наблюдаются изломы (рис.2.2).

    Рис. 2.2. Зависимость удельного сопротивления сплавов цинк – магний от состава. Точка 1 соответствует чистому Mg, 2 – соединению MgZn, 3 — Mg2Zn3, ., 4 – MgZn4 5 – MgZn6, 6 – чистому Zn.

    Исследования А.Ф.Иоффе показали, что многие интерметаллиды являются не веществами с металлическим характером электропроводности, а электронными полупроводниками.

    Если же сплав двух металлов создает раздельную кристаллизацию, и структура застывшего сплава представляет собой смесь кристаллов каждого из компонентов (т.е. искажение кристаллической решетки каждого компонента не имеет места), то удельная проводимость γ сплава меняется с изменением состава приблизительно линейно, т.е. определяется арифметическим правилом смешения (рис.2.3).

    Рис.2.3. Зависимость удельной проводимости сплавов медь – вольфрам от состава (в процентах по массе)

    2.3.6. Теплопроводность металлов

    За передачу тепла через металл в основном ответственны те же свободные электроны, которые определяют и электропроводность металлов, и количество которых в единице объема весьма велико. Поэтому, как правило, теплопроводность γт металлов намного больше, чем теплопроводность диэлектриков.

    Очевидно, что при прочих равных условиях, чем больше удельная электрическая проводимость γ металла, тем больше должна быть и его теплопроводность.

    Легко также видеть, что при повышении температуры, когда подвижность электронов в металле и соответственно его удельная проводимость уменьшаются, отношение γт/γ δ должно возрастать.

    Чистота и характер механической обработки металла могут заметно сказываться на его теплопроводности, в особенности при низких температурах.

    2.3.7. Термоэлектродвижущая сила

    При соприкосновении двух металлических проводников между ними возникает контактная разность потенциалов. Причина ее появления заключается в различии значений работы выхода электронов из различных металлов, а также в том, что концентрация электронов, а следовательно, и давление электронного газа у разных металлов и сплавов могут быть неодинаковыми. Из электронной теории металлов следует, что контактная разность потенциалов между металлами А и В равна:

    (2.4)

    где UА и UВ – потенциалы соприкасающихся металлов; nА и nВ – концентрации электронов в металлах А и В.

    Если температуры «спаев» одинаковы, то сумма разностей потенциалов равны нулю. Иначе обстоит дело, когда один металл имеет температуру Т1, а другой – Т2.

    Рис.2.4.Схема термопары

    В этом случае между «спаями» возникает термо-э.д.с., равная

    (2.5)

    что можно записать в виде

    (2.6)

    Где с – постоянный для данной пары проводников коэффициент термо-э.д.с., т.е. термо-э.д.с. должна быть пропорциональна разности температур металлов.

    Провод, составленный из двух изолированных друг от друга проволок из различных металлов или сплавов (термопара), может быть использован для измерения температур.

    2.3.8. Механические свойства проводников

    Они характеризуются пределом прочности при растяжении σр и относительным удлинением при разрыве Δl/l, а так же хрупкостью, твердостью и тому подобными свойствами.

    Механические свойства металлических проводников в большой степени зависят от механической и термической обработки, от наличия легирующих примесей и т.п. Влияние отжига приводит к существенному уменьшению σр и увеличению Δl/l.

    Такие параметры проводниковых материалов, как температуры кипения и плавления, удельная теплоемкость и др., не требуют особых пояснений.

    Источник: https://siblec.ru/estestvennye-nauki/khimiya-radiomaterialov/2-provodnikovye-materialy/2-3-svojstva-provodnikov

    Электропроводность в металлах 2020

    Электропроводность в металлах является результатом движения электрически заряженных частиц.

    Атомы металлических элементов характеризуются наличием валентных электронов — электронов во внешней оболочке атома, которые могут свободно перемещаться. Именно эти «свободные электроны» позволяют металлам проводить электрический ток.

    Поскольку валентные электроны свободны в движении, они могут проходить через решетку, которая образует физическую структуру металла.

    Под электрическим поле свободные электроны движутся по металлу так же, как бильярдные шарики, сбивающиеся друг с другом, пропуская электрический заряд по мере их перемещения.

    Передача энергии сильней, когда сопротивление мало. На бильярдном столе это происходит, когда мяч ударяет по другому одиночному шару, передавая большую часть своей энергии на следующий мяч. Если один мяч ударяет по нескольким другим шарам, каждый из них будет нести только часть энергии.

    К тому же наиболее эффективными проводниками электричества являются металлы, которые имеют один валентный электрон, который свободно перемещается и вызывает сильную реакцию отталкивания в других электронах. Это имеет место в наиболее проводящих металлах, таких как серебро, золото и медь, каждый из которых имеет единственный валентный электрон, который движется с небольшим сопротивлением и вызывает сильную отталкивающую реакцию.

    Полупроводниковые металлы (или металлоиды) имеют большее количество валентных электронов (обычно четыре или более), поэтому, хотя они могут проводить электричество, они неэффективны в задаче.

    Однако при нагревании или легировании другими элементами полупроводники, такие как кремний и германий, могут стать чрезвычайно эффективными проводниками электричества.

    Проводимость в металлах должна следовать закону Ома, который утверждает, что ток прямо пропорционален электрическому полю, приложенному к металлу. Ключевой переменной при применении Закона Ома является удельное сопротивление металла.

    Сопротивление противоположно электропроводности, оценивая, насколько сильно металл выступает против потока электрического тока. Это обычно измеряется через противоположные поверхности однометрового куба материала и описывается как омметр (Ω⋅m). Сопротивление часто представлено греческой буквой rho (ρ).

    Электропроводность, с другой стороны, обычно измеряется сименсами на метр (S⋅m -1 ) и представлена ​​греческой буквой сигма (σ). Один сименс равен обратному одному ому.

    Проводимость и сопротивление в металлах

    Серебро 1. 59×10 -8 6. 30×10 7
    Медь 1. 68×10 -8 5. 98×10 7
    Отжиг меди 1. 72×10 -8 5. 80×10 7
    Золото 2.44×10 -8 4. 52×10 7
    Алюминий 2. 82×10 -8 3. 5×10 7
    Кальций 3. 36×10 -8 2. 82×10 7
    Бериллий 4. 00×10 -8 2. 500×10 7
    Родий 4. 49×10 -8 2. 23×10 7
    Магний 4. 66×10 -8 2. 15×10 7
    Молибден 5. 225×10 -8 1. 914×10 7
    Иридий 5. 289×10 -8 1. 891×10 7
    Вольфрам 5. 49×10 -8 1. 82×10 7
    Цинк 5. 945×10 -8 1. 682×10 7
    Кобальт 6. 25×10 -8 1. 60×10 7
    Кадмий 6. 84×10 -8 1. 46 7
    Никель (электролитический) 6. 84×10 -8 1. 46×10 7
    рутений 7. 595×10 -8 1. 31×10 7
    Литий 8. 54×10 -8 1. 17×10 7
    Железо 9. 58×10 -8 1. 04×10 7
    Платина 1. 06×10 -7 9. 44×10 6
    Палладий 1. 08×10 -7 9. 28×10 6
    Олово 1. 15×10 -7 8. 7×10 6
    Селен 1. 197×10 -7 8. 35×10 6
    Тантал 1. 24×10 -7 8. 06×10 6
    Ниобий 1. 31×10 -7 7. 66×10 6
    Сталь (Cast) 1. 61×10 -7 6. 21×10 6
    Хром 1. 96×10 -7 5. 10×10 6
    Свинец 2. 05×10 -7 4. 87×10 6
    Ванадий 2. 61×10 -7 3. 83×10 6
    Уран 2. 87×10 -7 3. 48×10 6
    Сурьма * 3. 92×10 -7 2. 55×10 6
    Цирконий 4. 105×10 -7 2. 44×10 6
    Титан 5. 56×10 -7 1. 798×10 6
    Ртуть 9. 58×10 -7 1. 044×10 6
    Германий * 4. 6×10 1 2. 17
    кремния * 6. 40×10 2 1. 56×10 -3

    * Примечание: удельное сопротивление полупроводников (металлоидов) сильно зависит от присутствия примесей в материале.

    Исходные данные диаграммы

    Eddy Current Technology Inc. URL: // вихревые токи. com / проводимость-металлов-сортировка по удельному сопротивлению / Википедия: Электропроводность

    URL: // ru. википедия. орг / вики / Electrical_conductivity

    Источник: https://ru.routestofinance.com/electrical-conductivity-in-metals

    Электропроводность металлов

    Классическая теория электропроводности металлов зародилась в начале ХХ века. ЕЕ основоположником стал немецкий физик Карл Рикке. Он опытным путем установил, что прохождение заряда через металл не сопряжено с переносом атомов проводника, в отличие от жидких электролитов. Однако это открытие не объяснило, что именно является носителем электрических импульсов в структуре металла.

    Ответить на это вопрос позволили опыты ученых Стюарта и Толмена, проведенные в 1916 году. Им удалось установить, что за перенос электричества в металлах отвечают мельчайшие заряженные частицы — электроны.

    Это открытие легло в основу классической электронной теории электропроводности металлов. С этого момента началась новая эпоха исследований металлических проводников.

    Благодаря полученным результатам мы сегодня имеем возможность пользоваться бытовыми приборами, производственным оборудованием, станками и многими другими устройствами.

    Как отличается электропроводность разных металлов?

    Электронная теория электропроводности металлов получила развитие в исследованиях Паулю Друде. Он сумел открыть такое свойство как сопротивление, которое наблюдается при прохождении электрического тока через проводник.

    В дальнейшем это позволит классифицировать разные вещества по уровню проводимости. Из полученных результатов легко понять, какой металл подойдет для изготовления того или иного кабеля.

    Это очень важный момент, так как неправильно подобранный материал может стать причиной возгорания в результате перегрева от прохождения тока избыточного напряжения.

    Наибольшей электропроводностью обладает металл серебро. При температуре +20 градусов по Цельсию она составляет 63,3*104 сантиметров-1. Но изготавливать проводку из серебра очень дорого, так как это довольно редкий металл, который используется в основном для производства ювелирных и декоративных украшений или инвестиционных монет.

    Металл, обладающий самой высокой электропроводностью среди всех элементов неблагородной группы — медь. Ее показатель составляет 57*104 сантиметров-1 при температуре +20 градусов по Цельсию.

    Медь является одним из наиболее распространенных проводников, которые используются в бытовых и производственных целях. Она хорошо выдерживает постоянные электрические нагрузки, отличается долговечностью и надежностью.

    Высокая температура плавления позволяет без проблем работать долгое время в нагретом состоянии.

    По распространенности с медью может конкурировать только алюминий, который занимает четвертое место по электропроводности после золота. Он используется в сетях с невысоким напряжением, так как имеет почти вдвое меньшую температуру плавления, чем медь, и не способен выдерживать предельные нагрузки. С дальнейшим распределением мест можно ознакомиться, взглянув на таблицу электропроводности металлов.

    Стоит отметить, что любой сплав обладает гораздо меньшей проводимостью, чем чистое вещество. Это связано со слиянием структурной сетки и как следствие нарушением нормального функционирования электронов.

    Например, при производстве медного провода используется материал с содержанием примесей не более 0,1%, а для некоторых видов кабеля этот показатель еще строже — не более 0,05%.

    Все приведенные показатели являются удельной электропроводностью металлов, которая рассчитывается как отношение между плотностью тока и величиной электрического поля в проводнике.

    Классическая теория электропроводности металлов

    Основные положения теории электропроводности металлов содержат шесть пунктов. Первый: высокий уровень электропроводности связан с наличием большого числа свободных электронов. Второй: электрический ток возникает путем внешнего воздействия на металл, при котором электроны из беспорядочного движения переходят в упорядоченное.

    Третий: сила тока, проходящего через металлический проводник, рассчитывается по закону Ома. Четвертый: различное число элементарных частиц в кристаллической решетке приводит к неодинаковому сопротивлению металлов. Пятый: электрический ток в цепи возникает мгновенно после начала воздействия на электроны. Шестой: с увеличением внутренней температуры металла растет и уровень его сопротивления.

    Природа электропроводности металлов объясняется вторым пунктом положений. В спокойном состоянии все свободные электроны хаотическим образом вращаются вокруг ядра. В этот момент металл не способен самостоятельно воспроизводить электрические заряды. Но стоит лишь подключить внешний источник воздействия, как электроны мгновенно выстраиваются в структурированной последовательности и становятся носителями электрического тока. С повышением температуры электропроводность металлов снижается.

    Это связано с тем, что слабеют молекулярные связи в кристаллической решетке, элементарные частицы начинают вращаться в еще более хаотичном порядке, поэтому построение электронов в цепь усложняется.

    Поэтому необходимо принимать меры по недопущению перегрева проводников, так как это негативно сказывается на их эксплуатационных свойствах. Механизм электропроводности металлов невозможно изменить ввиду действующих законов физики.

    Но можно нивелировать негативные внешние и внутренние воздействия, которые мешают нормальному протеканию процесса.

    Металлы с высокой электопроводностью

    Электропроводность щелочных металлов находится на высоком уровне, так как их электроны слабо привязаны к ядру и легко выстраиваются в нужной последовательности. Но эта группа отличается невысокими температурами плавления и огромной химической активностью, что в большинстве случаев не позволяет использовать их для изготовления проводов.

    Металлы с высокой электропроводностью в открытом виде очень опасны для человека. Прикосновение к оголенному проводу приведет к получению электрического ожога и воздействию мощного разряда на все внутренние органы. Зачастую это влечет мгновенную смерть. Поэтому для безопасности людей используются специальные изоляционные материалы.

    В зависимости от сферы применения они могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Но все типы предназначены для одной функции — изоляции электрического тока внутри цепи, чтобы он не мог оказывать воздействие на внешний мир. Электропроводность металлов используется практически во всех сферах современной жизни человека, поэтому обеспечение безопасности является первоочередной задачей.

    Источник: https://promplace.ru/vidy-metallov-i-klassifikaciya-staty/electroprovodnost-metallov-1479.htm

    Вода: электропроводность и теплопроводность. Единицы измерения электропроводности воды

    Кто знает формулу воды еще со времен школьной поры? Конечно же, все. Вероятно, что из всего курса химии у многих, кто потом не изучает ее специализированно, только и остается знание того, что обозначает формула H2O. Но сейчас мы максимально подробно и глубоко постараемся разобраться, что такое вода? Какие ее главные свойства и почему именно без нее жизнь на планете Земля невозможна.

    Вода как вещество

    Молекула воды, как мы знаем, состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Ее формула записывается так: H2O.

    Данное вещество может иметь три состояния: твердое — в виде льда, газообразное — в виде пара, и жидкое — как субстанция без цвета, вкуса и запаха.

    Кстати, это единственное вещество на планете, которое может существовать во всех трех состояниях одновременно в естественных условиях. Например: на полюсах Земли — лед, в океанах — вода, а испарения под солнечными лучами — это пар. В этом смысле вода аномальна.

    Еще вода — это самое распространенное вещество на нашей планете. Она покрывает поверхность планеты Земля почти на семьдесят процентов — это и океаны, и многочисленные реки с озерами, и ледники. Большая часть воды на планете соленая. Она непригодна для питья и для ведения сельского хозяйства. Пресная вода составляет всего два с половиной процента от всего количества воды на планете.

    ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что такое коронный разряд

    Вода — это очень сильный и качественный растворитель. Благодаря этому химические реакции в воде проходят с огромной скоростью. Это же ее свойство влияет на обмен веществ в человеческом организме. Общеизвестный факт, что тело взрослого человека на семьдесят процентов состоит из воды. У ребенка этот процент еще выше.

    К старости этот показатель падает с семидесяти до шестидесяти процентов. Кстати, эта особенность воды наглядно демонстрирует, что основой жизни человека есть именно она. Чем воды в организме больше — тем он здоровее, активнее и моложе. Потому ученые и медики всех стран неустанно твердят, что пить нужно много.

    Именно воду в чистом виде, а не заменители в виде чая, кофе или других напитков.

    Вода формирует климат на планете, и это не преувеличение. Теплые течения в океане обогревают целые континенты. Это происходит за счет того, что вода поглощает очень много солнечного тепла, а потом отдает его, когда начинает остывать. Так она регулирует температуру на планете. Многие ученые говорят, что Земля давно бы остыла и стала камнем, если бы не наличие такого количества воды на зеленой планете.

    Свойства воды

    У воды есть много очень интересных свойств.

    Например, вода — это самое подвижное вещество после воздуха. Из школьного курса многие, наверняка, помнят такое понятие, как круговорот воды в природе. Например: ручеек испаряется под воздействием прямых солнечных лучей, превращается в водяной пар.

    Далее, этот пар посредством ветра, переносится куда-либо, собирается в облака, а то и в грозовые тучи и выпадает в горах в виде снега, града или дождя. Далее, с гор ручеек вновь сбегает вниз, частично испаряясь.

    И так — по кругу — цикл повторяется миллионы раз.

    Также у воды очень высокая теплоемкость. Именно из-за этого водоемы, тем более океаны, очень медленно остывают при переходе от теплого сезона или времени суток к холодному. И наоборот, при повышении температуры воздуха вода очень медленно нагревается. За счет этого, как и упоминалось выше, вода стабилизирует температуру воздуха на всей нашей планете.

    После ртути вода обладает самым высоким значением поверхностного натяжения. Нельзя не заметить, что случайно пролитая на ровной поверхности капля иногда становится внушительным пятнышком. В этом проявляется тягучесть воды.

    Еще одно свойство проявляется у нее при понижении температуры до четырех градусов. Как только вода остывает до этой отметки, она становится легче. Поэтому лед всегда плавает на поверхности воды и застывает корочкой, покрывая собой реки и озера.

    Благодаря этому в водоемах, замерзающих зимой, не вымерзает рыба.

    Вода, как проводник электроэнергии

    Вначале стоит узнать о том, что такое электропроводность (воды в том числе). Электропроводность — это способность какого-либо вещества проводить через себя электрический ток. Соответственно, электропроводность воды — это возможность воды проводить ток. Эта способность непосредственно зависит от количества солей и иных примесей в жидкости.

    Например, электропроводность дистиллированной воды почти сведена к минимуму из-за того, что такая вода очищена от различных добавок, которые так нужны для хорошей электропроводности. Отличный проводник тока — это вода морская, где концентрация солей очень велика. Еще электропроводность зависит от температуры воды. Чем значение температуры выше — тем большая электропроводность у воды.

    Эта закономерность выявлена благодаря множественным опытам ученых-физиков.

    Измерение электропроводности воды

    Есть такой термин — кондуктометрия. Так называют один из методов электрохимического анализа, основанного на электрической проводимости растворов. Применяют этот метод для определения концентрации в растворах солей или кислот, а также для контроля состава некоторых промышленных растворов. Вода обладает амфотерными свойствами. То есть в зависимости от условий она способна проявлять как кислотные, так и основные свойства — выступать и в роли кислоты, и в роли основания.

    Прибор, который используют для этого анализа, имеет очень сходное название — кондуктометр. С помощью кондуктометра измеряется электропроводность электролитов, находящихся в растворе, анализ которого ведется. Пожалуй, стоит объяснить еще один термин — электролит.

    Это вещество, которое при растворении или плавлении распадается на ионы, за счет чего впоследствии проводится электрический ток. Ион — это электрически заряженная частица. Собственно, кондуктометр, взяв за основу определенные единицы электропроводности воды, определяет ее удельную электропроводность.

    То есть он определяет электропроводность конкретного объема воды, взятого за начальную единицу.

    Еще до начала семидесятых годов прошлого столетия для обозначения проводимости электричества использовали единицу измерения «мо», это была производная от другой величины — Ома, являющейся основной единицей сопротивления. Электропроводимость — это величина, обратно пропорциональная сопротивлению. Сейчас же она измеряется в Сименсах. Получила свое название данная величина в честь ученого-физика из Германии — Вернера фон Сименса.

    Сименс

    Сименс (обозначаться может как См, так и S) — это величина, обратная Ому, являющаяся единицей измерения электрической проводимости. Один См равен электрической проводимости любого проводника, сопротивление которого равно 1 Ом. Выражается Сименс через формулу:

    • 1 См = 1 : Ом = А : В = кг−1·м−2·с³А², где А — ампер,В — вольт.

    Теплопроводность воды

    Теперь поговорим о том, что такое теплопроводность. Теплопроводность — это способность какого-либо вещества переносить тепловую энергию. Суть явления заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, что определяют температуру данного тела или вещества, передается другому телу или веществу при их взаимодействии. Иначе говоря, теплопроводность — это теплообмен между телами, веществами, а также между телом и веществом.

    Теплопроводность у воды также очень высока. Люди ежедневно используют это свойство воды, сами того не замечая. Например, наливая холодную воду в тару и остужая в ней напитки или продукты. Холодная вода забирает тепло у бутылки, контейнера, взамен отдавая холод, возможна и обратная реакция.

    Теперь это же явление легко можно представить в масштабе планеты. Океан нагревается в течение лета, а потом — с наступлением холодов, медленно остывает и отдает свое тепло воздуху, тем самым обогревая материки. Остыв за зиму, океан начинает очень медленно нагреваться по сравнению с землей и отдает свою прохладу изнывающим от летнего солнца материкам.

    Плотность воды

    Выше рассказывалось о том, что рыба живет зимой в водоеме благодаря тому, что вода застывает корочкой по всей их поверхности. Мы знаем, что в лед вода начинает превращаться при температуре в ноль градусов. Из-за того, что плотность воды больше, чем плотность льда, лед всплывает и застывает по поверхности.

    Что такое окислительно-восстановительные свойства воды

    Также вода при разных условиях способна быть и окислителем, и восстановителем. То есть вода, отдавая свои электроны, заряжается положительно и окисляется. Или же приобретает электроны и заряжается отрицательно, значит, восстанавливается.

    В первом случае вода окисляется и называется мертвой. Она обладает очень мощными бактерицидными свойствами, только вот пить ее не надо. Во втором случае вода живая. Она бодрит, стимулирует организм на восстановление, несет энергию клеткам.

    Разница между этими двумя свойствами воды выражается в термине «окислительно-восстановительный потенциал».

    С чем вода способна реагировать

    Вода способна реагировать почти со всеми веществами, которые существуют на Земле. Единственное, что для возникновения этих реакций нужно обеспечить подходящую температуру и микроклимат.

    Например, при комнатной температуре вода отлично реагирует с такими металлами, как натрий, калий, барий — их называют активными. С галогенами — это фтор, хлор. При нагревании вода отлично реагирует с железом, магнием, углем, метаном.

    При помощи различных катализаторов вода вступает в реакцию с амидами, эфирами карбоновых кислот. Катализатор — это вещество, словно бы подталкивающее компоненты к взаимной реакции, ускоряющее ее.

    Есть ли вода где-либо еще, кроме Земли?

    Пока ни на одной планете Солнечной системы, кроме Земли, воды не обнаружено. Да, предполагают о ее присутствии на спутниках таких планет-гигантов, как Юпитер, Сатурн, Нептун и Уран, но пока точных данных у ученых нет. Существует еще одна гипотеза, пока не проверенная окончательно, о подземных водах на планете Марс и на спутнике Земли — Луне. Касательно Марса вообще выдвинуто ряд теорий о том, что когда-то на этой планете был океан, и его возможная модель даже проектировалась учеными.

    Вне Солнечной системы существует множество больших и малых планет, где, по догадкам ученых, может быть вода. Но пока нет ни малейшей возможности убедиться в этом наверняка.

    Как используют тепло- и электропроводность воды в практических целях

    Ввиду того, что вода обладает высоким значением теплоемкости, ее используют в теплотрассах в качестве теплоносителя. Она обеспечивает передачу тепла от производителя к потребителю. Как отличный теплоноситель воду используют и многие атомные электростанции.

    В медицине лед используют для охлаждения, а пар — для дезинфекции. Так же лед используют в системе общественного питания.

    Во многих ядерных реакторах воду используют как замедлитель, для успешного протекания цепной ядерной реакции.

    Воду под давлением используют для раскалывания, проламывания и даже для резки горных пород. Это активно используется при строительстве туннелей, подземных помещений, складов, метро.

    Заключение

    Из статьи следует, что вода по своим свойствам и функциям — самое незаменимое и поразительное вещество на Земле. Зависит ли жизнь человека или любого другого живого существа на Земле от воды? Безусловно, да.

    Способствует ли это вещество ведению научной деятельности человеком? Да. Обладает ли вода электропроводностью, теплопроводностью и иными полезными свойствами? Ответ тоже «да». Иное дело, что воды на Земле, а тем более воды чистой, все меньше и меньше.

    И наша задача — сохранить и обезопасить ее (а значит, и всех нас) от исчезновения.

    Источник: https://FB.ru/article/337312/voda-elektroprovodnost-i-teploprovodnost-edinitsyi-izmereniya-elektroprovodnosti-vodyi

    Электрическое сопротивление и проводимость

    26 марта 2013.
    Категория: Электротехника.

    При замыкании электрической цепи, на зажимах которой имеется разность потенциалов, возникает электрический ток. Свободные электроны под влиянием электрических сил поля перемещаются вдоль проводника. В своем движении электроны наталкиваются на атомы проводника и отдают им запас своей кинетической энергии.

    Скорость движения электронов непрерывно изменяется: при столкновении электронов с атомами, молекулами и другими электронами она уменьшается, потом под действием электрического поля увеличивается и снова уменьшается при новом столкновении. В результате этого в проводнике устанавливается равномерное движение потока электронов со скоростью нескольких долей сантиметра в секунду.

    Следовательно, электроны, проходя по проводнику, всегда встречают с его стороны сопротивление своему движению. При прохождении электрического тока через проводник последний нагревается.

    Электрическое сопротивление

    Электрическим сопротивлением проводника, которое обозначается латинской буквой r, называется свойство тела или среды превращать электрическую энергию в тепловую при прохождении по нему электрического тока.

    На схемах электрическое сопротивление обозначается так, как показано на рисунке 1, а.

    Рисунок 1. Условное обозначение электрического сопротивления

    Переменное электрическое сопротивление, служащее для изменения тока в цепи, называется реостатом. На схемах реостаты обозначаются как показано на рисунке 1, б. В общем виде реостат изготовляется из проволоки того или иного сопротивления, намотанной на изолирующем основании. Ползунок или рычаг реостата ставится в определенное положение, в результате чего в цепь вводится нужное сопротивление.

    Длинный проводник малого поперечного сечения создает току большое сопротивление. Короткие проводники большого поперечного сечения оказывают току малое сопротивление.

    Если взять два проводника из разного материала, но одинаковой длины и сечения, то проводники будут проводить ток по-разному. Это показывает, что сопротивление проводника зависит от материала самого проводника.

    Температура проводника также оказывает влияние на его сопротивление. С повышением температуры сопротивление металлов увеличивается, а сопротивление жидкостей и угля уменьшается. Только некоторые специальные металлические сплавы (манганин, констаитан, никелин и другие) с увеличением температуры своего сопротивления почти не меняют.

    Итак, мы видим, что электрическое сопротивление проводника зависит от: 1) длины проводника, 2) поперечного сечения проводника, 3) материала проводника, 4) температуры проводника.

    За единицу сопротивления принят один Ом. Ом часто обозначается греческой прописной буквой Ω (омега). Поэтому вместо того чтобы писать «Сопротивление проводника равно 15 Ом», можно написать просто: r = 15 Ω.
    1 000 Ом называется 1 килоом (1кОм, или 1кΩ),
    1 000 000 Ом называется 1 мегаом (1мгОм, или 1МΩ).

    При сравнении сопротивления проводников из различных материалов необходимо брать для каждого образца определенную длину и сечение. Тогда мы сможем судить о том, какой материал лучше или хуже проводит электрический ток.

    1. Сопротивление проводников

    Удельное электрическое сопротивление

    Сопротивление в омах проводника длиной 1 м, сечением 1 мм² называется удельным сопротивлением и обозначается греческой буквой ρ (ро).

    В таблице 1 даны удельные сопротивления некоторых проводников.

    Таблица 1

    Удельные сопротивления различных проводников

    Материал проводника Удельное сопротивление ρ в
    Серебро Медь Алюминий Вольфрам Железо Свинец Никелин (сплав меди, никеля и цинка) Манганин (сплав меди, никеля и марганца) Константан (сплав меди, никеля и алюминия) РтутьНихром (сплав никеля, хрома, железа и марганца) 0,016 0,0175 0,03 0,05 0,13 0,2 0,42 0,43 0,5 0,941,1

    Из таблицы видно, что железная проволока длиной 1 м и сечением 1 мм² обладает сопротивлением 0,13 Ом. Чтобы получить 1 Ом сопротивления нужно взять 7,7 м такой проволоки. Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро.

    1 Ом сопротивления можно получить, если взять 62,5 м серебряной проволоки сечением 1 мм². Серебро – лучший проводник, но стоимость серебра исключает возможность его массового применения. После серебра в таблице идет медь: 1 м медной проволоки сечением 1 мм² обладает сопротивлением 0,0175 Ом.

    Чтобы получить сопротивление в 1 Ом, нужно взять 57 м такой проволоки.

    Химически чистая, полученная путем рафинирования, медь нашла себе повсеместное применение в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, обмоток электрических машин и аппаратов. Широко применяют также в качестве проводников алюминий и железо.

    Сопротивление проводника можно определить по формуле:

    где r – сопротивление проводника в омах; ρ – удельное сопротивление проводника; l – длина проводника в м; S – сечение проводника в мм².

    Пример 1. Определить сопротивление 200 м железной проволоки сечением 5 мм².

    Пример 2. Вычислить сопротивление 2 км алюминиевой проволоки сечением 2,5 мм².

    Из формулы сопротивления легко можно определить длину, удельное сопротивление и сечение проводника.

    Пример 3. Для радиоприемника необходимо намотать сопротивление в 30 Ом из никелиновой проволоки сечением 0,21 мм². Определить необходимую длину проволоки.

    Пример 4. Определить сечение 20 м нихромовой проволоки, если сопротивление ее равно 25 Ом.

    Пример 5. Проволока сечением 0,5 мм² и длиной 40 м имеет сопротивление 16 Ом. Определить материал проволоки.

    Материал проводника характеризует его удельное сопротивление.

    По таблице удельных сопротивлений находим, что таким сопротивлением обладает свинец.

    Выше было указано, что сопротивление проводников зависит от температуры. Проделаем следующий опыт. Намотаем в виде спирали несколько метров тонкой металлической проволоки и включим эту спираль в цепь аккумулятора. Для измерения тока в цепь включаем амперметр. При нагревании спирали в пламени горелки можно заметить, что показания амперметра будут уменьшаться. Это показывает, что с нагревом сопротивление металлической проволоки увеличивается.

    У некоторых металлов при нагревании на 100° сопротивление увеличивается на 40 – 50 %. Имеются сплавы, которые незначительно меняют свое сопротивление с нагревом. Некоторые специальные сплавы практически не меняют сопротивления при изменении температуры. Сопротивление металлических проводников при повышении температуры увеличивается, сопротивление электролитов (жидких проводников), угля и некоторых твердых веществ, наоборот, уменьшается.

    Способность металлов менять свое сопротивление с изменением температуры используется для устройства термометров сопротивления. Такой термометр представляет собой платиновую проволоку, намотанную на слюдяной каркас. Помещая термометр, например, в печь и измеряя сопротивление платиновой проволоки до и после нагрева, можно определить температуру в печи.

    Изменение сопротивления проводника при его нагревании, приходящееся на 1 Ом первоначального сопротивления и на 1° температуры, называется температурным коэффициентом сопротивления и обозначается буквой α.

    Если при температуре t0 сопротивление проводника равно r0, а при температуре t равно rt, то температурный коэффициент сопротивления

    ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что такое эдс в физике

    Примечание. Расчет по этой формуле можно производить лишь в определенном интервале температур (примерно до 200°C).

    Приводим значения температурного коэффициента сопротивления α для некоторых металлов (таблица 2).

    Таблица 2

    Значения температурного коэффициента для некоторых металлов

    Металл α Металл α
    Серебро Медь Железо ВольфрамПлатина 0,0035 0,0040 0,0066 0,00450,0032 Ртуть Никелин Константан НихромМанганин 0,0090 0,0003 0,000005 0,000160,00005

    Из формулы температурного коэффициента сопротивления определим rt:

    rt = r0 [1 ± α (t – t0)].

    Пример 6. Определить сопротивление железной проволоки, нагретой до 200°C, если сопротивление ее при 0°C было 100 Ом.

    rt = r0 [1 ± α (t – t0)] = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 Ом.

    Пример 7. Термометр сопротивления, изготовленный из платиновой проволоки, в помещении с температурой 15°C имел сопротивление 20 Ом. Термометр поместили в печь и через некоторое время было измерено его сопротивление. Оно оказалось равным 29,6 Ом. Определить температуру в печи.

    Электрическая проводимость

    До сих пор мы рассматривали сопротивление проводника как препятствие, которое оказывает проводник электрическому току. Но все же ток по проводнику проходит. Следовательно, кроме сопротивления (препятствия), проводник обладает также способностью проводить электрический ток, то есть проводимостью.

    Чем большим сопротивлением обладает проводник, тем меньшую он имеет проводимость, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем большей проводимостью он обладает, тем легче току пройти по проводнику. Поэтому сопротивление и проводимость проводника есть величины обратные.

    Из математики известно, что число, обратное 5, есть 1/5 и, наоборот, число, обратное 1/7, есть 7. Следовательно, если сопротивление проводника обозначается буквой r, то проводимость определяется как 1/r. Обычно проводимость обозначается буквой g.

    Электрическая проводимость измеряется в (1/Ом) или в сименсах.

    Пример 8. Сопротивление проводника равно 20 Ом. Определить его проводимость.

    Если r = 20 Ом, то

    Пример 9. Проводимость проводника равна 0,1 (1/Ом). Определить его сопротивление,

    Если g = 0,1 (1/Ом), то r = 1 / 0,1 = 10 (Ом)

    Источник: https://www.electromechanics.ru/electrical-engineering/482-resistance-resistivity-and-conductivity-of-conductors.html

    Электропроводность воды

    Чтобы ваше хобби приносило вам только удовольствие и не доставляло проблем и хлопот ознакомьтесь с данной статьей и правильно подберите нобходимое оборудование.

    В данной статье мы расскажем вам о электропроводности воды. 

    Электропроводность — это численное выражение способности водного раствора проводить электрический ток. Электрическая проводимость природной воды зависит в основном от степени минерализации и температуры.

     Минерализация — показатель количества содержащихся в воде растворённых веществ (неорганические соли, органические вещества).

    TDS (Total Dissolved Solids) — это суммарный количественный показатель концентрации растворенных в воде веществ (солей) или — общее солесодержание. 

    Существует несколько важных факторов в управлении питанием и поливом растений – электропроводность, уровень pH и температура раствора. Для измерения данных характеристик существуют специальные приборы. С помощью солеметра вы без труда сможете измерить уровень содержания солей в воде (ppm).

    Проводимость раствора – значение, которое отражает то, насколько раствор способен проводить электрический ток. Например дистиллированная или де-ионизированная вода в целом вообще не проводит электрический ток, поэтому значение ЕС для такой воды равно нулю. 

    Особенно в гидропонике очень важно следить и контролировать уровень pH и ЕС, так как это значительно влияет на рост и развитие растений. Если раствор обладает подходящим для растения значением ЕС, всасывание питательных веществ и транспортировка их ко всем клеткам растения будут обеспечены на должном уровне.

    Благодаря измерениям — легко понять получают ли ваши растения правильное питание, или же страдают от нехватки питательных вещест.

     Тем более, важно учитывать, что для разных растений требуется различный уровень ЕС/TDS и своя программа питания на каждый период жизни растения — вегетативный рост, цветение, плодоношение. 

    При измерении EC важно помнить о том, что температура питательного раствора должна быть оптимальной, а также уровень рН должен находиться в допустимых пределах. Потребление питательных веществ растениями зависит от температуры — когда темперетура выше нормы, из растения воды испаряется больше, что провоцирует его на более активное поглощение воды. В итоге воды поглащается больше чем соли. При нормальной температуре поглощение влаги и солей примерно одинаково. 

    Увеличение уровня ЕС говорит о том, что нужно добавить в раствор воды, так как слишком высока концентрация солей. Понижение этого же показателя более чем на 30% указывает на то, что каких-то элементов в растворе не хватает. Поскольку неизвестно, каких именно питательных элементов растению не хватает, то обычно гроверу проще заменить питательный раствор.



    Единицы измерения

    Электропроводность может измеряться с помощью ряда единиц измерения, но международным стандартом является ЕС с единицей измерения миллисименс или микросименс (в 1 миллисименсе содержится 1000 микросименсов). Важно помнить, что «полноценно сильным» раствор можно назвать при значении ЕС 2-2.

    5 миллисименса (2мСм/см). Иногда ЕС выражают в других единицах измерения, например, CF или TDS. CF, в сущности, это та же ЕС, но умноженная на 10. Поскольку в этом случае не нужна десятичная доля, в некоторых системах эта единица измерения предпочтительнее самой ЕС. TDS – общее число растворенных солей (от англ.

     Total dissolved salts), считается в частях на миллион (parts per million или ppm). Эта единица часто используется в США, причем для измерения этого значения используется тот же самый прибор, что и для измерения ЕС, просто в нем есть внутренний корректирующий фактор, который переводит единицы ЕС в TDS.

    И здесь есть свои неприятные особенности: в зависимости от производителя, корректирующие факторы в приборах различаются: некоторые используют фактор 500ppm на мСм/см, некоторые – 700 ppm.

    Приборы:

    В нашем магазине вы можете найти простой и удобный прибор для измерения электропроводности раствора.

    Принцип действия солеметра TDS 3 основан на прямой зависимости электропроводности раствора (силы тока в постоянном электрическом поле, создаваемом электродами прибора) от количества растворенных в воде соединений (parts per million, ppm; 1 ppm=1мг/л).

    За единицу уровня минерализации (TDS) приняты миллиграмм на литр (мг/л). Это означает вес растворённых веществ в граммах, растворённых в 1 литре воды.

    Также уровень минерализации может выражаться в частицах на миллион частиц воды — сокращенно ppm (parts per million — частиц на миллион). Такую аббревиатуру можно встретить в зарубежных источниках. 
    Это означает количество частиц растворенных в 1 миллионе частиц воды.

    Как перевести единицы измерения TDS (ppm) в EC (mS/cm) самостоятельно

    Для перевода единицы измерения EC (мкСм/см) в TDS (ppm) необходимо значение в мкСм/см умножить на коэффициент TDS метра (0.5, 0.7 или другой). 

    Для перевода единицы измерения TDS (ppm) в EC (мкСм/см) необходимо поделить измеренное значение на коэффициент TDS-метра (0.5, 0.7 или другой).

    Как определить коэффициент преобразования TDS-метра

    Коэффициент преобразования TDS-метра можно определить в том случаи, если прибор одновременно является и EC-метром. В таком случаи, для одного и того же раствора, необходимо измерять показания минерализации (ppm) и электропроводности (мкСм/см). Далее мы делим значение минерализации (ppm) на значение электропроводности (мкСм/см). Полученное число является коэффициентом преобразования данного TDS-метра.

    EC-метр TDS-метр
    mS/cm(мСм/см) µS/cm(мкСм/см) 0.5 ppm 0.64 ppm 0.70 ppm
    0.1 100 50 ppm 64 ppm 70 ppm
    0.2 200 100 ppm 128 ppm 140 ppm
    0.3 300 150 ppm 192 ppm 210 ppm
    0.4 400 200 ppm 256 ppm 280 ppm
    0.5 500 250 ppm 320 ppm 350 ppm
    0.6 600 300 ppm 384 ppm 420 ppm
    0.7 700 350 ppm 448 ppm 490 ppm
    0.8 800 400 ppm 512 ppm 560 ppm
    0.9 900 450 ppm 576 ppm 630 ppm
    1.0 1000 500 ppm 640 ppm 700 ppm
    1.1 1100 550 ppm 704 ppm 770 ppm
    1.2 1200 600 ppm 768 ppm 840 ppm
    1.3 1300 650 ppm 832 ppm 910 ppm
    1.4 1400 700 ppm 896 ppm 980 ppm
    1.5 1500 750 ppm 960 ppm 1050 ppm
    1.6 1600 800 ppm 1024 ppm 1120 ppm
    1.7 1700 850 ppm 1088 ppm 1190 ppm
    1.8 1800 900 ppm 1152 ppm 1260 ppm
    1.9 1900 950 ppm 1216 ppm 1330 ppm
    2.0 2000 1000 ppm 1280 ppm 1400 ppm
    2.1 2100 1050 ppm 1334 ppm 1470 ppm
    2.2 2200 1100 ppm 1408 ppm 1540 ppm
    2.3 2300 1150 ppm 1472 ppm 1610 ppm
    2.4 2400 1200 ppm 1536 ppm 1680 ppm
    2.5 2500 1250 ppm 1600 ppm 1750 ppm
    2.6 2600 1300 ppm 1664 ppm 1820 ppm
    2.7 2700 1350 ppm 1728 ppm 1890 ppm
    2.8 2800 1400 ppm 1792 ppm 1960 ppm
    2.9 2900 1450 ppm 1856 ppm 2030 ppm
    3.0 3000 1500 ppm 1920 ppm 2100 ppm
    3.1 3100 1550 ppm 1984 ppm 2170 ppm
    3.2 3200 1600 ppm 2048 ppm 2240 ppm

    *Примечание: 1 mS/cm = 1000 μS/cm [1 мСм/см = 1000 мкСм/см]

    08.10.2017 Менеджер интернет магазина

    Источник: https://www.growmir.ru/blog/elektroprovodnost-vody

    Отвечаем на вопрос: проводит ли электрический ток дистиллированная вода?

    Теоретически дистиллированная вода не относится к числу веществ, проводящих электроток. В идеально чистой жидкой среде отсутствуют минеральные соли и дополнительные примеси.

    В ней практически нет свободных ионов. В такой среде отсутствуют подходящие условия для их взаимодействия.

    На практике из водного раствора не удается полностью удалить все соли и примеси. Их концентрация в ней существенно ниже, чем в обычной воде.

    Но такая очищенная среда все равно содержит в себе некоторое количество веществ, которые могут передавать электричество. Такая жидкая среда может быть слабым проводником.

    Почему не передает?

    Очищенные растворы не являются передатчиками электричества по следующим причинам:

    • в них нет растворенных солей или их уровень низкий;
    • не имеют в своем составе заряженных ионов;
    • в них не присутствуют прочие вещества, способные выступать посредниками при передаче электрических разрядов.

    У самой воды электропроводимость мала. Ее молекулы сами по себе выступают слабыми посредниками при передаче электрических разрядов.

    Электропроводность повышается благодаря присутствию в воде примесей и солей. А поскольку в дистилляте их практически нет, то сами по себе водные молекулы ток провести не смогут.

    Показатели растворов, влияющие на их электропроводимость

    На возможность проведения электрических разрядов очищенными смесями оказывают влияние два значения. Первое из них – удельная электропроводность.

    Она позволяет выяснить, насколько жидкая субстанция способна пропускать электроток. Для этого на нее воздействуют электрополем.

    Второй показатель – диэлектрическая проницаемость. Она дает представление о том, насколько жидкость слабо проводит электроток.

    Удельная электропроводность

    Для дистиллированных составов установлено ее специальное значение. Если они соответствуют ему, то признаются дистиллятами.

    Удельная электропроводимость для стерильной H2O зафиксирована ГОСТом 6709-72. Ее оптимальная величина составляет 0,5 мСименс/м.

    Это очень маленький коэффициент. При таком уровне состав практически не может пропускать электроток.

    Также играет роль температура среды. Для дистиллята оптимальным будет показатель в 0,5 мСименс/м при его температуре в 200С. Если значение электропроводности будет больше, то вода уже не будет считаться дистиллированной.

    Удельная электропроводимость в 0,5 мСименс/м является нормой для данного типа воды.

    Диэлектрическая проницаемость

    Данный коэффициент позволяет охарактеризовать то, каковы электрические свойства дистиллята. Он дает представление о том, насколько хорошо дистиллированные составы изолируют токовые частицы.

    У обычной воды ее средняя величина составляет 80-81. Такое же число отмечено и у очищенных водных смесей. Это касается тех случаев, когда температура составов равна 20 С.

    При этом коэффициент будет уменьшаться вместе с нагреванием жидкости. При кипении показатель уже составляет 55. То есть вместе с нагреванием вода начнет лучше отдавать электроток. Коэффициент падает в два раза, если воду нагреть до 2000С. Значение составит уже порядка 34,5.

    Передатчиком или диэлектриком выступает дистиллят?

    Поскольку у раствора низкая величина электропроводности и достаточно высокий уровень изолирующей проницаемости, то он является диэлектриком.

    То есть такая смесь плохо отдает электроток или совсем его не проводит.

    На то, что жидкость считается диэлектриком, влияет отсутствие в ней солей. Именно они улучшают проводимость.

    Нехватка солей сопряжена с отсутствием в растворах свободных ионов. Они не могут передавать разряды. А сами молекулы считаются слабыми проводниками.

    Много полезной и важной информации о дистиллированной воде найдете в этом разделе.

    Электропроводность полупроводников — Знаешь как

    Полупроводники — это материалы, занимающие промежуточное положение между проводниками и непроводниками. Удельное сопротивление проводников лежит в границах 10-6÷ 10 -3 ом см; удельное сопротивление полупроводников составляет 10 -3 ÷10 -9 ом см.

    Для полупроводников характерна сильная зависимость проводимости их от температуры, напряженности электрического и магнитного поля, освещенности, сжатия и т.д.

    В электротехнике наиболее широкое применение получили: германий, кремний, селен, закись меди и др.

    Химическую связь двух соседних атомов, обусловленную образованием общей пары электронов, вращающихся по одной орбите (рис. 13-14, а), называют парноэлектронной или ковалентной. Она условно изображается двумя линиями, соединяющими атомы (рис. 13-14, б).

    Рис. 13-14. Ковалентная связь атомов.

    Германий принадлежит к элементам четвертой группы периодической системы элементов Менделеева. Следовательно, он имеет на внешней орбите четыре валентных электрона. В кристалле германия каждый атом образует парноэлектронные связи с четырьмя соседними атомами (рис. 13-15).

    При температуре, близкой к абсолютному нулю, в кристалле германия при отсутствии примесей все валентные электроны атомов взаимно связаны, свободных электрон нет, следовательно, кристалл не обладает проводимостью. При повышении температуры увеличивается энергия электронов, что приводит к частичному нарушению ковалентных связей и появлению свободных электронов. Германий уже при комнатной температуре становится полупроводником.

    Под действием внешнего электрического поля свободные электроны перемещаются, обусловливая электронную проводимость (п- проводимость).

    Рис. 13-15. Схема парноэлектронных связей в кристаллической решетке германия.

    В момент образования свободного электрона в ковалентных связях образуется свободное место — «э лектронная дырк а». 

    При наличии дырки какой-либо из электронов связи может занять место дырки и нормальная связь в этом месте восстанавливается, но разрушается в другом месте, эту новую дырку может занять еще какой-либо электрон и т. д. Под действием внешнего электрического поля происходит перемещение дырок в направлении поля.

    Перемещение дырок эквивалентно току положительных зарядов, величина которых равна зарядам электронов. Этот процесс называется дырочной проводимостью (р-проводимость).

    Таким образом, проводимость полупроводника складывается из электронной и дырочной проводимостей.

    При нарушении парноэлектронных связей в кристалле одновременно возникает одинаковое число свободных электронов и дырок. Если, с одной стороны, с повышением температуры происходит образование пар электрон-дырка, то, с другой стороны, происходит их частичное воссоединение.

    При каждой температуре в единице объема полупроводника число пар в среднем остается постоянным. Электропроводность полупроводников, лишенных примесей называется собственной электропроводностью полупроводника.

    Собственная проводимость полупроводников несоизмеримо меньше, чем металлов.

    Примесная электропроводность

    Свойства полупроводника можно изменить, внеся в него ничтожное количество примеси. Вводя в кристалл полупроводника атомы других элементов, можно получить в кристалле преобладание свободных электронов над дырками, или, наоборот, преобладание дырок над свободными электронами.

    Например, при замещении в кристаллической решетке атома германия атомом мышьяка, имеющим пять валентных электронов, четыре электрона мышьяка образуют заполненные связи с соседними атомами германия, а пятый электрон, слабо связанный с атомом мышьяка, превратится в свободный. Потеряв пятый валентный электрон, атом мышьяка становится положительным ионом. За счет этих электронов, отданных примесью, возрастает проводимость примесного полупроводника.

    При замещении атома германия атомом индия, имеющим три валентных электрона, они вступают в ковалентную связь с тремя атомами германия, а связи с четвертым атомом германия будут отсутствовать, так как у индия не хватает четвертого электрона.

    Восстановление всех связей возможно, если недостающий четвертый электрон получается от ближайшего атома германия. Но в этом случае на месте электрона, покинувшего атом германия, появится дырка, которая будет заполняться электроном из соседнего атома германия.

    Процесс последовательного заполнения свободной связи равноценен движению дырок в полупроводнике. Таким образом, примесь индия обеспечивает дырочную проводимость кристалла германия.

    Полупроводники с преобладанием электронной проводимости называются полупроводниками типа п (от латинского слова negative — отрицательный), а полупроводники с преобладанием дырочной проводимости — типа р 

    Источник: https://znaesh-kak.com/e/e/%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C-%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%83%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%B2

    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    ЭлектроМастер
    Блинкер что это такое

    Закрыть