Pikkuse ja kauguse muundur Massimuundur Puistetoodete ja toiduainete mahumõõtjate muundur Pindalamuundur Kulinaarsete retseptide mahu ja mõõtühikute muundur Temperatuurimuundur Rõhu, mehaanilise pinge, Youngi mooduli muundur Energia ja töö muundur võimsuse muundur Jõumuundur Ajamuundur Lineaarkiiruse muundur Tasanurga muundur Soojusefektiivsuse ja kütusesäästlikkuse muundur Arvude teisendaja erinevates numbrisüsteemides Teabehulga mõõtühikute teisendaja Valuutakursid Naisteriiete ja jalatsite suurused Meeste riiete ja jalatsite suurused Nurgakiiruse ja pöörlemissageduse muundur Kiirendusmuundur Nurkkiirenduse muundur Tiheduse muundur Erimahu muundur Inertsmomendi muunduri jõumomendi muundur Pöördemomendi muundur Põlemismuunduri erisoojus (massi järgi) Energiatihedus ja põlemiskonverteri erisoojus (mahu järgi) Temperatuuri erinevuse muundur Soojuspaisumismuunduri koefitsient Soojustakistuse muundur Soojusjuhtivuse muundur Erisoojusvõimsuse muundur Energiaga kokkupuute ja soojuskiirguse võimsusmuundur Soojusvoo tiheduse muundur Soojusülekandeteguri muundur Mahuvoolu muundur Massivooluhulga muundur Molaarvooluhulga muundur Massivoolutiheduse muundur Molaarkontsentratsiooni muundur Massi kontsentratsioon lahuse muunduris Dünaamiline (absoluutne) viskoossusmuundur Kinemaatiline viskoossuse muundur Pindpinevusmuundur Auru läbilaskvuse muundur Veeauru voolutiheduse muundur Helitaseme muundur Mikrofoni tundlikkuse muundur Helirõhutaseme muundur Valitava võrdlusrõhu heleduse muundur Valgustugevuse muundur Arvuti valgustugevuse muundur valgustugevus ja graafikamuundur Lainepikkuse muundur Dioptri võimsus ja fookuskauguse dioptri võimsus ja objektiivi suurendus (×) muundur elektrilaeng Lineaarse laengutiheduse muundur Pindlaengu tiheduse muundur Mahu laengutiheduse muundur Elektrivoolu muundur Lineaarvoolutiheduse muundur Pinna voolutiheduse muundur Elektrivälja tugevuse muundur Elektrostaatilise potentsiaali ja pinge muundur Elektritakistuse muundur Elektritakistuse muundur Elektrijuhtivuse muundur Elektrijuhtivuse muundur Elektriline mahtuvus Induktiivmuundur Ameerika traatmõõturi muundur Tasemed dBm (dBm või dBm), dBV (dBV), vattides jne. ühikut Magnetmotoorjõu muundur Magnetvälja tugevusmuundur Magnetvoo muundur Magnetinduktsioonmuundur Kiirgus. Ioniseeriva kiirguse neeldunud doosikiiruse muundur Radioaktiivsus. Radioaktiivse lagunemise muundur Kiirgus. Kokkupuute doosi muundur Kiirgus. Absorbeeritud doosi muundur Kümnend-eesliidete muundur Andmeedastus Tüpograafia ja pilditöötlusühiku muundur Puidu mahuühiku muundur Molaarmassi arvutamine Keemiliste elementide perioodiline tabel D. I. Mendelejevi poolt

1 tavapärane elektrijuhtivuse ühik = 0,0001 siemenit meetri kohta [S/m]

Algne väärtus

Teisendatud väärtus

siemensi meetri kohta pikosiemensi meetri kohta mo meetri kohta mo sentimeetri kohta abmo meetri kohta abmo sentimeetri kohta statmo meetri kohta statmo sentimeetri kohta siemens sentimeetri kohta millisiimensi meetri kohta millisiimensi sentimeetri kohta mikrosiimenseid sentimeetri kohta mikrosiimenseid sentimeetri kohta elektrijuhtivuse kokkuleppeline koefitsient pp elektrijuhtivuse tavaühik , koefitsient. ümberarvutus 700 ppm, koefitsient. ümberarvutus 500 ppm, koefitsient. ümberarvutus 640 TDS, ppm, koefitsient. ümberarvutus 640 TDS, ppm, koefitsient. ümberarvutus 550 TDS, ppm, koefitsient. ümberarvutus 500 TDS, ppm, koefitsient. ümberarvestus 700

Lisateavet elektrijuhtivuse kohta

Sissejuhatus ja mõisted

Elektrijuhtivus (või elektrijuhtivus) on mõõt, mis näitab aine võimet juhtida elektrivoolu või liigutada selles elektrilaenguid. See on voolutiheduse ja elektrivälja tugevuse suhe. Kui arvestada juhtivast materjalist kuubikut, mille külg on 1 meeter, on juhtivus võrdne selle kuubi kahe vastaskülje vahel mõõdetud elektrijuhtivusega.

Erijuhtivus on seotud juhtivusega järgmise valemiga:

G = σ(A/l)

Kus G- elektrijuhtivus, σ - erielektrijuhtivus, A- juhtme ristlõige elektrivoolu suunaga risti ja l- juhi pikkus. Seda valemit saab kasutada mis tahes silindri- või prismakujulise juhiga. Pange tähele, et seda valemit saab kasutada ka ristkülikukujulise rööptahuka puhul, sest see on prisma erijuhtum, mille alus on ristkülik. Tuletagem meelde, et elektrijuhtivus on elektritakistuse pöördväärtus.

Füüsikast ja tehnoloogiast kaugel inimestel võib olla raske mõista, mis vahe on juhi juhtivuse ja aine erijuhtivuse vahel. Vahepeal on need muidugi erinevad füüsikalised suurused. Juhtivus on antud juhi või seadme (nt takisti või plaadistusvanni) omadus, juhtivus on aga selle materjali omane omadus, millest see juht või seade on valmistatud. Näiteks vase juhtivus on alati sama, olenemata sellest, kuidas vasest objekti kuju ja suurus muutub. Samal ajal sõltub vasktraadi juhtivus selle pikkusest, läbimõõdust, massist, kujust ja mõnest muust tegurist. Muidugi on sarnastel suurema juhtivusega materjalidest valmistatud objektidel suurem juhtivus (kuigi mitte alati).

Rahvusvahelises mõõtühikute süsteemis (SI) on elektrijuhtivuse ühik Siemens meetri kohta (S/m). Selles sisalduv juhtivuse mõõtühik on oma nime saanud saksa teadlase, leiutaja ja ettevõtja Werner von Siemensi (1816–1892) järgi. Tema 1847. aastal asutatud Siemens AG (Siemens) on üks suurimaid elektri-, elektroonika-, energia-, transpordi- ja meditsiiniseadmeid tootvaid ettevõtteid.

Elektrijuhtivuse ulatus on väga lai: alates suure eritakistusega materjalidest nagu klaas (mis, muide, juhib hästi elektrit, kui seda punaseks kuumutada) või polümetüülmetakrülaat (pleksiklaas) kuni väga heade juhtideni nagu hõbe, vask või kuld. Elektrijuhtivuse määrab laengute arv (elektronid ja ioonid), nende liikumise kiirus ja energia hulk, mida nad suudavad kanda. Erinevate ainete vesilahused, mida kasutatakse näiteks plaadistusvannides, on keskmise juhtivuse väärtusega. Teine näide keskmise juhtivuse väärtustega elektrolüütidest on keha sisekeskkond (veri, plasma, lümf ja muud vedelikud).

Metallide, pooljuhtide ja dielektrikute juhtivust käsitletakse üksikasjalikult Physical Quantity Converteri veebisaidi järgmistes artiklites: ja Elektrijuhtivus. Selles artiklis käsitleme üksikasjalikumalt elektrolüütide erijuhtivust, samuti selle mõõtmise meetodeid ja lihtsaid seadmeid.

Elektrolüütide erijuhtivus ja selle mõõtmine

Vesilahuste erijuhtivuse, milles laetud ioonide liikumise tulemusena tekib elektrivool, määrab laengukandjate arv (aine kontsentratsioon lahuses), nende liikumiskiirus (ioonide liikuvus). sõltub temperatuurist) ja laengust, mida nad kannavad (määratakse ioonide valentsiga). Seetõttu põhjustab kontsentratsiooni suurenemine enamikus vesilahustes ioonide arvu suurenemist ja sellest tulenevalt juhtivuse suurenemist. Kuid pärast teatud maksimumi saavutamist võib lahuse erijuhtivus hakata vähenema koos lahuse kontsentratsiooni edasise suurenemisega. Seetõttu võib sama soola kahe erineva kontsentratsiooniga lahustel olla sama juhtivus.

Temperatuur mõjutab ka juhtivust, sest temperatuuri tõustes liiguvad ioonid kiiremini, mille tulemuseks on juhtivuse suurenemine. Puhas vesi on halb elektrijuht. Tavalise destilleeritud vee, mis sisaldab tasakaalus õhust saadavat süsihappegaasi ja mille kogumineralisatsioon on alla 10 mg/l, erielektrijuhtivus on umbes 20 mS/cm. Erinevate lahenduste erijuhtivus on toodud allolevas tabelis.

Lahuse erijuhtivuse määramiseks kasutatakse takistusmõõturit (oommeetrit) ehk juhtivust. Need on peaaegu identsed seadmed, mis erinevad ainult skaala poolest. Mõlemad mõõdavad pingelangust ahela selles osas, mille kaudu seadme akust elektrivool voolab. Mõõdetud juhtivuse väärtus teisendatakse käsitsi või automaatselt erijuhtivuseks. Seda tehakse mõõteseadme või anduri füüsilisi omadusi arvesse võttes. Juhtivusandurid on konstrueeritud lihtsalt: need on paar (või kaks paari) elektroode, mis on sukeldatud elektrolüüti. Juhtivuse mõõtmiseks mõeldud andureid iseloomustavad juhtivuse anduri konstant, mis kõige lihtsamal juhul on defineeritud kui elektroodide vahelise kauguse suhe D vooluvooluga risti olevale alale (elektroodile). A

See valem töötab hästi, kui elektroodide pindala on oluliselt suurem kui nendevaheline kaugus, kuna sel juhul liigub suurem osa elektrivoolust elektroodide vahel. Näide: 1 kuupsentimeetri vedeliku jaoks K = D/A= 1 cm/1 cm² = 1 cm⁻¹. Pange tähele, et juhtivusandureid, mille elektroodid on üksteisest suhteliselt suure vahemaa kaugusel, iseloomustavad anduri konstantsed väärtused 1,0 cm⁻¹ ja kõrgemad. Samal ajal on üksteise lähedal asuvate suhteliselt suurte elektroodidega andurite konstant 0,1 cm⁻1 või vähem. Anduri konstant erinevate seadmete elektrijuhtivuse mõõtmiseks on vahemikus 0,01 kuni 100 cm⁻¹.

Teoreetiline anduri konstant: vasak - K= 0,01 cm⁻¹, parem - K= 1 cm⁻¹

Juhtivuse saamiseks mõõdetud juhtivusest kasutatakse järgmist valemit:

σ = K ∙ G

σ - lahuse erijuhtivus S/cm;

K- anduri konstant cm⁻1;

G- anduri juhtivus siemensides.

Anduri konstanti tavaliselt ei arvutata selle geomeetriliste mõõtmete järgi, vaid seda mõõdetakse kindlas mõõteseadmes või kindlas mõõteseades, kasutades teadaoleva juhtivusega lahendust. See mõõdetud väärtus sisestatakse juhtivusmõõturisse, mis arvutab juhtivuse automaatselt lahuse mõõdetud juhtivuse või takistuse väärtuste põhjal. Kuna juhtivus sõltub lahuse temperatuurist, sisaldavad selle mõõtmise seadmed sageli temperatuuriandurit, mis mõõdab temperatuuri ja tagab mõõtmiste automaatse temperatuuri kompenseerimise, st tulemuste normaliseerimise standardtemperatuurile 25 ° C. .

Lihtsaim viis juhtivuse mõõtmiseks on rakendada pinget kahele lahusesse sukeldatud lameelektroodile ja mõõta voolavat voolu. Seda meetodit nimetatakse potentsiomeetriliseks. Ohmi seaduse järgi juhtivus G on voolu suhe I pingele U:

Kõik pole aga nii lihtne, kui eelpool kirjeldatud – juhtivuse mõõtmisel on palju probleeme. Kui kasutatakse alalisvoolu, kogunevad ioonid elektroodide pindadele. Samuti võib elektroodide pindadel toimuda keemiline reaktsioon. See toob kaasa elektroodide pindade polarisatsioonitakistuse suurenemise, mis omakorda toob kaasa ekslikud tulemused. Kui proovite tavapärase testriga mõõta näiteks naatriumkloriidi lahuse takistust, näete selgelt, kuidas digiseadme näidud muutuvad üsna kiiresti takistuse suurenemise suunas. Polarisatsiooni mõju kõrvaldamiseks kasutatakse sageli nelja elektroodi andurit.

Polarisatsiooni saab ka ära hoida või igal juhul vähendada, kui kasutada mõõtmisel alalisvoolu asemel vahelduvvoolu ja isegi sagedust reguleerida sõltuvalt juhtivusest. Madala juhtivuse mõõtmiseks kasutatakse madalaid sagedusi, kus polarisatsiooni mõju on väike. Kõrge juhtivuse mõõtmiseks kasutatakse kõrgemaid sagedusi. Tavaliselt reguleeritakse sagedust mõõtmisprotsessi ajal automaatselt, võttes arvesse lahuse saadud juhtivuse väärtusi. Kaasaegsed digitaalsed kaheelektroodilised juhtivusmõõturid kasutavad tavaliselt keerulisi vahelduvvoolu lainekujusid ja temperatuuri kompenseerimist. Need on tehases kalibreeritud, kuid töö ajal on sageli vaja uuesti kalibreerida, kuna mõõteelemendi (anduri) konstant aja jooksul muutub. Näiteks võib see muutuda, kui andurid määrduvad või kui elektroodid läbivad füüsikalisi ja keemilisi muutusi.

Traditsioonilises kaheelektroodilises juhtivusmõõturis (see on see, mida me oma katses kasutame) rakendatakse kahe elektroodi vahel vahelduvpinget ja mõõdetakse elektroodide vahel voolavat voolu. Sellel lihtsal meetodil on üks puudus - mõõdetakse mitte ainult lahuse takistust, vaid ka elektroodide polarisatsioonist põhjustatud takistust. Polarisatsiooni mõju minimeerimiseks kasutatakse nelja elektroodi anduri konstruktsiooni ning elektroodide katmist plaatinamustaga.

Üldine mineraliseerumine

Määramiseks kasutatakse sageli elektrijuhtivuse mõõtmise seadmeid kogu mineralisatsioon või tahkete ainete sisaldus(nt kogu lahustunud tahke aine, TDS). See on orgaaniliste ja anorgaaniliste ainete koguhulk, mis sisaldub vedelikus erineval kujul: ioniseeritud, molekulaarselt (lahustunud), kolloidselt ja suspensioonina (lahustamata). Lahustunud ainete hulka kuuluvad kõik anorgaanilised soolad. Peamiselt on need kaltsiumi, kaaliumi, magneesiumi, naatriumi kloriidid, vesinikkarbonaadid ja sulfaadid, samuti mõned vees lahustunud orgaanilised ained. Täielikuks mineralisatsiooniks klassifitseerimiseks peavad ained olema lahustunud või väga peente osakeste kujul, mis läbivad alla 2 mikromeetri pooride läbimõõduga filtreid. Nimetatakse aineid, mis on pidevalt lahuses hõljuvad, kuid ei suuda sellist filtrit läbida hõljuvad tahked ained(eng. heljumainete koguhulk, TSS). Vee kvaliteedi määramiseks mõõdetakse tavaliselt heljumi kogusummat.

Tahkete ainete sisalduse mõõtmiseks on kaks meetodit: gravimeetriline analüüs, mis on kõige täpsem meetod ja juhtivuse mõõtmine. Esimene meetod on kõige täpsem, kuid nõuab palju aega ja laborivarustust, kuna kuiva jäägi saamiseks tuleb vesi aurustada. Tavaliselt tehakse seda 180°C juures laboritingimustes. Pärast täielikku aurustumist kaalutakse jääk täppiskaalal.

Teine meetod ei ole nii täpne kui gravimeetriline analüüs. See on aga väga mugav, laialt levinud ja kiireim meetod, kuna tegemist on lihtsa juhtivuse ja temperatuuri mõõtmisega, mis teostatakse mõne sekundiga odava mõõteriistaga. Erielektrijuhtivuse mõõtmise meetodit saab kasutada tänu sellele, et vee erijuhtivus sõltub otseselt selles lahustunud ioniseeritud ainete hulgast. See meetod on eriti mugav joogivee kvaliteedi jälgimiseks või ioonide koguarvu hindamiseks lahuses.

Mõõdetud juhtivus sõltub lahuse temperatuurist. See tähendab, et mida kõrgem on temperatuur, seda suurem on juhtivus, kuna ioonid lahuses liiguvad temperatuuri tõustes kiiremini. Temperatuurist sõltumatute mõõtmiste saamiseks kasutatakse standard- (referents)temperatuuri mõistet, milleni mõõtmistulemused taandatakse. Võrdlustemperatuur võimaldab võrrelda erinevatel temperatuuridel saadud tulemusi. Seega saab juhtivusmõõtur mõõta tegelikku juhtivust ja seejärel kasutada parandusfunktsiooni, mis kohandab tulemuse automaatselt võrdlustemperatuurile 20 või 25 °C. Kui on vaja väga suurt täpsust, võib proovi panna inkubaatorisse, seejärel saab mõõturi kalibreerida samale temperatuurile, mida kasutatakse mõõtmistel.

Enamikul kaasaegsetest juhtivusmõõturitest on sisseehitatud temperatuuriandur, mida kasutatakse nii temperatuuri korrigeerimiseks kui ka temperatuuri mõõtmiseks. Kõige arenenumad instrumendid on võimelised mõõtma ja kuvama mõõdetud väärtusi juhtivuse, takistuse, soolsuse, üldsoolsuse ja kontsentratsiooni ühikutes. Siiski märgime veel kord, et kõik need seadmed mõõdavad ainult juhtivust (takistust) ja temperatuuri. Kõik ekraanil kuvatavad füüsikalised suurused arvutab seade, võttes arvesse mõõdetud temperatuuri, mida kasutatakse temperatuuri automaatseks kompenseerimiseks ja mõõdetud väärtuste viimiseks standardtemperatuurini.

Katse: kogu mineralisatsiooni ja juhtivuse mõõtmine

Lõpuks viime läbi mitmeid katseid juhtivuse mõõtmiseks, kasutades odavat TDS-3 kogumineralisatsioonimõõturit (nimetatakse ka salinomeetriks, salinomeetriks või juhtivusmõõturiks). Nimetu TDS-3 seadme hind eBays koos kohaletoimetamisega on kirjutamise ajal alla 3,00 USA dollari. Täpselt sama seade, kuid tootja nimega, maksab 10 korda rohkem. Kuid see on mõeldud neile, kellele meeldib kaubamärgi eest maksta, kuigi on väga suur tõenäosus, et mõlemad seadmed toodetakse samas tehases. TDS-3 teostab temperatuuri kompenseerimist ja on selleks otstarbeks varustatud elektroodide kõrval asuva temperatuurianduriga. Seetõttu saab seda kasutada ka termomeetrina. Tuleb veel kord märkida, et seade ei mõõda tegelikult mineraliseerumist ennast, vaid kahe traatelektroodi vahelist takistust ja lahuse temperatuuri. See arvutab kõik muu automaatselt kalibreerimistegurite abil.

Kogumineralisatsioonimõõtur aitab teil määrata kuivainesisaldust näiteks joogivee kvaliteedi jälgimisel või akvaariumi või magevee tiigi vee soolsuse määramisel. Seda saab kasutada ka vee kvaliteedi jälgimiseks vee filtreerimis- ja puhastussüsteemides, et teada saada, millal on aeg filter või membraan välja vahetada. Seade on tehases kalibreeritud 342 ppm (miljoniosa või mg/l) naatriumkloriidi lahusega, NaCl. Seadme mõõtepiirkond on 0–9990 ppm ehk mg/l. PPM – miljondikosa, suhteliste väärtuste mõõtmeteta mõõtühik, mis võrdub 1 10⁻⁶ baasindikaatoriga. Näiteks massikontsentratsioon 5 mg/kg = 5 mg 1 000 000 mg = 5 ppm või ppm. Nii nagu protsent on üks sajandik, on ppm üks miljondik. Protsendid ja ppm on tähenduselt väga sarnased. Osad miljoni kohta, erinevalt protsentidest, on kasulikud väga nõrkade lahuste kontsentratsiooni näitamiseks.

Seade mõõdab kahe elektroodi vahelist elektrijuhtivust (ehk takistuse pöördväärtust), seejärel teisendab tulemuse konkreetseks elektrijuhtivuseks (ingliskeelses kirjanduses kasutatakse sageli lühendit EC), kasutades ülaltoodud juhtivuse valemit, võttes arvesse anduri konstanti. K, seejärel teostab teise teisenduse, korrutades saadud juhtivuse teisendusteguriga 500. Tulemuseks on kogusoolsuse väärtus miljondikes (ppm). Lisateavet selle kohta allpool.

Seda kogumineralisatsioonimõõturit ei saa kasutada kõrge soolasisaldusega vee kvaliteedi kontrollimiseks. Kõrge soolasisaldusega ained on näiteks mõned toiduained (tavasupp normaalse soolasisaldusega 10 g/l) ja merevesi. Maksimaalne naatriumkloriidi kontsentratsioon, mida see seade suudab mõõta, on 9990 ppm ehk umbes 10 g/l. See on tüüpiline soola kontsentratsioon toiduainetes. Samuti ei saa see seade mõõta merevee soolsust, kuna see on tavaliselt 35 g/l ehk 35 000 ppm, mis on tunduvalt kõrgem, kui seade suudab mõõta. Kui proovite mõõta nii kõrget kontsentratsiooni, kuvab seade veateate Err.

TDS-3 soolsuse mõõtja mõõdab erijuhtivust ja kasutab kalibreerimiseks ja kontsentratsiooniks teisendamiseks niinimetatud 500 skaalat (või NaCl skaalat). See tähendab, et ppm kontsentratsiooni saamiseks korrutatakse juhtivuse väärtus mS/cm 500-ga. See tähendab, et näiteks 1,0 mS/cm korrutatakse 500-ga, et saada 500 ppm. Erinevad tööstusharud kasutavad erinevaid skaalasid. Näiteks hüdropoonikas kasutatakse kolme skaalat: 500, 640 ja 700. Ainus erinevus nende vahel on kasutuses. Skaala 700 põhineb kaaliumkloriidi kontsentratsiooni mõõtmisel lahuses ja erijuhtivuse muundamine kontsentratsiooniks toimub järgmiselt:

1,0 mS/cm x 700 annab 700 ppm

640 skaala kasutab mS teisendamiseks ppm-deks teisendustegurit 640:

1,0 mS/cm x 640 annab 640 ppm

Meie katses mõõdame esmalt destilleeritud vee kogumineralisatsiooni. Soolsuse mõõtja näitab 0 ppm. Multimeeter näitab takistust 1,21 MOhm.

Katse jaoks valmistame naatriumkloriidi NaCl lahuse kontsentratsiooniga 1000 ppm ja mõõdame kontsentratsiooni TDS-3 abil. 100 ml lahuse valmistamiseks peame lahustama 100 mg naatriumkloriidi ja lisama destilleeritud vett 100 ml-ni. Kaaluge 100 mg naatriumkloriidi ja asetage see mõõtesilindrisse, lisage veidi destilleeritud vett ja segage, kuni sool on täielikult lahustunud. Seejärel lisage vett 100 ml märgini ja segage uuesti hoolikalt.

Kahe samast materjalist ja TDS-3 elektroodidega samade mõõtmetega elektroodi vahelise takistuse mõõtmine; multimeeter näitab 2,5 kOhm

Juhtivuse katseliseks määramiseks kasutasime kahte samast materjalist ja samade mõõtmetega elektroodi kui TDS-3 elektroodid. Mõõdetud takistus oli 2,5 KOhm.

Nüüd, kui me teame naatriumkloriidi takistust ja ppm kontsentratsiooni, saame ülaltoodud valemi abil ligikaudu arvutada TDS-3 soolsusmõõturi rakukonstandi:

K = σ/G= 2 mS/cm x 2,5 kOhm = 5 cm-1

See väärtus 5 cm-1 on lähedane allpool näidatud elektroodi mõõtmetega TDS-3 mõõteelemendi arvutatud konstantsele väärtusele (vt joonist).

• D = 0,5 cm - elektroodide vaheline kaugus;
• W = 0,14 cm - elektroodide laius
• L = 1,1 cm - elektroodide pikkus

TDS-3 anduri konstant on K = D/A= 0,5/0,14x1,1 = 3,25 cm⁻1. See ei erine palju ülaltoodud väärtusest. Pidagem meeles, et ülaltoodud valem võimaldab anduri konstandi ainult ligikaudset hinnangut.

Kas teil on raske mõõtühikuid ühest keelest teise tõlkida? Kolleegid on valmis teid aitama. Postitage küsimus TCTermidesse ja mõne minuti jooksul saate vastuse.

Elektrijuhtivus on ainete võime juhtida elektrivoolu välise elektrivälja mõjul. Elektrijuhtivus on elektritakistuse pöördväärtus L = 1/ R.

Kus ρ – takistus, Ohm m; - erielektrijuhtivus, S/m (Siemens/meeter); S– ristlõige, m2; l – juhi pikkus, m) ( elektrokeemias erielektrijuhtivus ( ) loe - kappa).

Mõõtühik L on Siemens (Sm), 1 Sm = 1 Ohm -1.

Elektrijuhtivus Lahus iseloomustab lahuse ruumala juhtivust, mis on suletud kahe paralleelse elektroodi vahele, mille pindala on 1 m 2 ja mis asuvad üksteisest 1 m kaugusel. SI mõõtühik on Sm m -1.

Elektrolüüdilahuse erijuhtivuse määrab elektrit kandvate ioonide arv ja nende migratsiooni kiirus:

, (2.5)

Kus α - elektrolüütide dissotsiatsiooni aste; KOOS– ekvivalendi molaarkontsentratsioon, mol/m3; F – Faraday arv, 96485 C/mol;
- katiooni ja aniooni absoluutsed liikumiskiirused (kiirused väljapotentsiaali gradiendiga 1 V/m); Kiiruse mõõtühik on m 2 V -1 s -1.

Võrrandist (2.5) järeldub, et sõltub nii tugevate kui ka nõrkade elektrolüütide kontsentratsioonist (joonis 2.1):

Joonis 2.1 – Erielektrijuhtivuse sõltuvus elektrolüütide kontsentratsioonist vesilahustes

Lahjendatud lahustes temperatuuril C → 0 kaldub vee erijuhtivusele, mis on umbes 10-6 S/m ja on tingitud ioonide olemasolust N 3 KOHTA + Ja TEMA - . Elektrolüütide kontsentratsiooni suurenemisega alguses suureneb, mis vastab ioonide arvu suurenemisele lahuses. Mida rohkem ioone on aga tugevate elektrolüütide lahuses, seda tugevam on ioonide vastastikmõju, mis viib ioonide liikumise kiiruse vähenemiseni. Nõrkade elektrolüütide puhul kontsentreeritud lahustes väheneb märgatavalt dissotsiatsiooniaste ja sellest tulenevalt elektrit kandvate ioonide arv. Seetõttu läbib erielektrijuhtivuse sõltuvus elektrolüüdi kontsentratsioonist peaaegu alati maksimumi.

2.1.3 Molaarne ja ekvivalentne elektrijuhtivus

Ioonse interaktsiooni mõju esiletoomiseks elektrijuhtivus jagatud molaarkontsentratsiooniga (C, mol/m3) ja saada molaarne elektrijuhtivus ; või jagada ekvivalendi molaarkontsentratsiooniga ja saada ekvivalentne juhtivus.

. (2.6)

Mõõtühik on m2S/mol. Ekvivalentjuhtivuse füüsikaline tähendus on järgmine: ekvivalentjuhtivus on arvuliselt võrdne lahuse elektrijuhtivusega, mis on suletud kahe paralleelse elektroodi vahele, mis asuvad 1 m kaugusel ja mille pindala on selline, et elektroodidevahelise lahuse maht sisaldab üks mool ekvivalentset lahustunud ainet (molaarse elektrijuhtivuse korral - üks mool lahustunud ainet). Seega on selles mahus samaväärse elektrijuhtivuse korral N A positiivne ja N A negatiivne laeng mis tahes elektrolüüdi lahuses, eeldusel, et see on täielikult dissotsieerunud (NA on Avogadro arv). Seega, kui ioonid omavahel ei interakteerunud, siis jääks kõigi kontsentratsioonide korral konstantseks. Reaalsetes süsteemides sõltub kontsentratsioonist (joonis 2.2). Kui C → 0,
→ 1, väärtus poole püüdleb
, mis vastab ioonse interaktsiooni puudumisele. Võrranditest (2.5 ja 2.6) järeldub:

Töö
helistas ioonide ekvivalentse elektrijuhtivuse piiramine, või ülim liikuvus ioonid:

. (2.9)

Suhte (2.9) lõi Kohlrausch ja seda nimetatakse ioonide iseseisva liikumise seadus . Maksimaalne liikuvus on teatud tüüpi ioonide konkreetne väärtus ja sõltub ainult lahusti olemusest ja temperatuurist. Molaarse elektrijuhtivuse võrrand on kujul (2.10):

, (2.10)

Kus
- katioonide ja anioonide ekvivalentide arv, mis on vajalik 1 mooli soola moodustamiseks.

Näide:

Ühevalentse elektrolüüdi, näiteks HCl, puhul
st molaarne ja ekvivalentne elektrijuhtivus on samad.

Joonis 2.2 – Ekvivalent elektrijuhtivuse sõltuvus tugevate (a) ja nõrkade (b) elektrolüütide kontsentratsioonist

Nõrkade elektrolüütide lahuste puhul jääb ekvivalentne elektrijuhtivus väikeseks kuni väga madalate kontsentratsioonideni, mille saavutamisel tõuseb see järsult väärtusteni, mis on võrreldavad tugevad elektrolüüdid. See ilmneb dissotsiatsiooniastme suurenemise tõttu, mis vastavalt elektrolüütilise dissotsiatsiooni klassikalisele teooriale suureneb koos lahjendusega ja piirväärtuses kipub ühtlustuma.

Dissotsiatsiooniastet saab väljendada võrrandi (2.7) jagamisel (2.8):

.

Suureneva kontsentratsiooniga tugevate elektrolüütide lahused vähenevad, kuid ainult veidi. Kohlrausch näitas seda Selliste lahuste madalate kontsentratsioonide puhul järgib võrrand:

, (2.11)

Kus A– konstantne, sõltuvalt lahusti olemusest, temperatuurist ja elektrolüüdi valentsitüübist.

Debye-Onsageri teooria kohaselt on tugevate elektrolüütide lahuste ekvivalentse elektrijuhtivuse vähenemine seotud ioonide liikumise kiiruse vähenemisega, mis on tingitud ioonide liikumise pärssimise kahest mõjust, mis tulenevad elektrostaatilisest interaktsioonist iooni ja iooni vahel. selle iooniline atmosfäär. Iga ioon kipub end ümbritsema vastupidise laenguga ioonidega. Laengupilve nimetatakse iooniline atmosfäär, on see keskmiselt sfääriliselt sümmeetriline.

Esimene efekt on efekt elektroforeetiline inhibeerimine. Elektrivälja rakendamisel liigub ioon ühes suunas ja selle ioonne atmosfäär vastupidises suunas. Kuid ioonse atmosfääriga on atmosfääriioonide hüdratsiooni tõttu osa lahustist kaasa haaratud ja tsentraalne ioon puutub liikumisel kokku vastassuunas liikuva lahusti vooluga, mis tekitab ioonile täiendava viskoosse tõmbejõu.

Teine efekt - lõõgastumise pärssimine. Kui ioon liigub välisväljas, peaks atmosfäär kaduma iooni taha ja tekkima selle ette. Mõlemad protsessid ei toimu koheselt. Seetõttu on iooni ees vastupidise märgiga ioonide arv väiksem kui selle taga ehk pilv muutub asümmeetriliseks, atmosfääri laengu kese liigub tagasi ning kuna iooni ja atmosfääri laengud on vastupidised, iooni liikumine aeglustub. Lõõgastus- ja elektroforeetilise inhibeerimise jõud määratakse lahuse ioontugevuse, lahusti olemuse ja temperatuuri järgi. Sama elektrolüüdi korral suurenevad need jõud muudel konstantsetel tingimustel lahuse kontsentratsiooni suurenemisega.

Elektrijuhtivus iseloomustab keha võimet juhtida elektrivoolu. Juhtivus - takistuse väärtus. Valemis on see pöördvõrdeline elektritakistusega ja tegelikult kasutatakse neid materjali samade omaduste tähistamiseks. Juhtivust mõõdetakse Siemensis: [Sm]=.

Elektrijuhtivuse tüübid:

— Elektrooniline juhtivus, kus laengukandjateks on elektronid. See juhtivus on peamiselt iseloomulik metallidele, kuid esineb ühel või teisel määral peaaegu igas materjalis. Temperatuuri tõustes elektrooniline juhtivus väheneb.

— Ioonjuhtivus. See eksisteerib gaasilises ja vedelas keskkonnas, kus on vabu ioone, mis kannavad ka laenguid, liikudes kogu keskkonna mahus elektromagnetvälja või muu välismõju mõjul. Kasutatakse elektrolüütide koostises. Temperatuuri tõustes suureneb ioonjuhtivus, kuna toodetakse rohkem suure energiaga ioone ja keskkonna viskoossus väheneb.

— Aukude juhtivus. See juhtivus on põhjustatud elektronide puudumisest materjali kristallvõres. Tegelikult kannavad elektronid siin jälle laengut, kuid nad näivad liikuvat mööda võret, hõivates selles järjestikku vabu ruume, erinevalt elektronide füüsilisest liikumisest metallides. Seda põhimõtet kasutatakse pooljuhtides koos elektroonilise juhtivusega.

Kõige esimesed materjalid, mida hakati elektrotehnikas kasutama, olid ajalooliselt metallid ja dielektrikud (madala elektrijuhtivusega isolaatorid). Pooljuhte kasutatakse tänapäeval laialdaselt elektroonikas. Need asuvad vahepealsel positsioonil juhtide ja dielektrikute vahel ning neid iseloomustab asjaolu, et pooljuhtide elektrijuhtivuse suurust saab reguleerida erinevate mõjutustega. Enamik kaasaegseid juhte on valmistatud ränist, germaaniumist ja süsinikust. Lisaks saab PP valmistamiseks kasutada muid aineid, kuid neid kasutatakse palju harvemini.

Oluline on voolu ülekanne minimaalsete kadudega. Sellega seoses mängivad olulist rolli kõrge elektrijuhtivuse ja vastavalt madala elektritakistusega metallid. Parim selles osas on hõbe (62 500 000 S/m), millele järgneb vask (58 100 000 S/m), kuld (45 500 000 S/m), alumiinium (37 000 000 S/m). Vastavalt majanduslikule teostatavusele kasutatakse kõige sagedamini alumiiniumi ja vaske, vase juhtivus on aga hõbedast pisut madalam. Kõik muud metallid ei oma juhtmete tootmiseks tööstuslikku tähtsust.

Õhu erijuhtivuse mõõturid “Elektrijuhtivus-2M” (edaspidi arvestid) on ette nähtud positiivse (X) või negatiivse (X-) polaarsusega õhu erielektrijuhtivuse samaaegseks mõõtmiseks.

Kirjeldus

Struktuurselt on arvestid valmistatud kaugseadme (aspiratsioonimõõtekondensaatorite seade - BAIC) ja toiteallika ja liideseploki (BPS) kujul, mis on ühendatud signaalikaabliga.

BAIC-i sees on kaks aspiratsioonimõõtmiskondensaatorit (AMC), elektromeetrilised võimendiplaadid (EMU), ventilaator ja juhtplokk. Seadme esipaneelil on pistik signaalikaabli ühendamiseks. Arvestite töörežiimi juhitakse ja näidud võetakse spetsiaalse tarkvaraga arvuti abil.

BPS sisaldab tööstuslikult valmistatud impulsspinge muundurit ~220/+24 V, 45 W, AIK tööpinge genereerimisplaati, NL-4AO DAC moodulit selle plaadi juhtimiseks ja sisseehitatud juhtpinge generaatorit. Esipaneelil on lüliti “Network” BPS-i võrguga ühendamiseks ja LED, mis annab märku BPS-i võrguga ühendamisest. BPS-i tagapaneelil on pistikud toitekaabli ühendamiseks, arvutiga ühendamiseks, signaalikaabli ühendamiseks BAIC-iga, koaksiaalkaabli ühendamiseks välise juhtseadmega, lülituslülitid arvestite juhtimisrežiimi lülitamiseks, vaheldumisi. sisseehitatud ja välised juhtpingeallikad, samuti terminali kaitsemaandus.

Sisseehitatud juhtpinge allikana kasutatakse sisseehitatud juhtpinge generaatorit, mis on ette nähtud lineaarse seaduse järgi muutuva pinge genereerimiseks, et jälgida arvestite tööd.

Arvestite tööpõhimõte põhineb voolu kulgemisel läbi AIC mõõteelektroodi rakendatud pinge mõjul teisele elektroodile, kui sellest läbi puhutakse katsetatavat õhku, ja selle voolu muundamisel väljundpingeks koos järgnevaga. mõõtmine. Väljundpinge väärtus on võrdeline vastava polaarsusega mõõdetud elektrijuhtivusega.

Arvestid töötavad personaalarvuti (PC) juhtimise all, arvutiga suhtlemine toimub EIA RS-485 standardi digitaalse sideliini kaudu vormingus “päring-vastus”.

Arvestite välimus, mis näitab tüübikinnitusmärgi ja plommi (kleebiste) asukohta, on näidatud joonisel 1.

1, 2, 3, 4 - kleebiste paigutus Joonis 1 - "Elektrijuhtivus-2M" mõõturi üldvaade ja kleebiste paigutus

Tarkvara

Tarkvara on mõeldud paigaldamiseks personaalarvutisse (PC), mis juhib arvestiid.

Tarkvara on tarkvarapakett, mis koosneb peamisest käivitatavast moodulist Conduct_2M_Logger ja täiendavatest tarkvarateekidest. Tarkvara installitakse arvutisse, kus töötab Windows XP või uuemad operatsioonisüsteemid.

Tarkvara identifitseerimisandmed on toodud tabelis 1.

Tabel 1 – Tarkvara identifitseerimisandmed

Tarkvara tahtliku ja tahtmatu sekkumise eest kaitsmise tase vastab R 50.2.077-2014 "madalale" tasemele.

Tabel 2 - Arvestite metroloogilised ja tehnilised omadused

Tüübikinnitusmärk

kantakse arvesti külgseinale kleebise kujul ning kasutusjuhendi ja arvesti passi tiitellehele tüpograafiliselt.

Täielikkus

Arvestite tarne ulatus on näidatud tabelis 3.

Kontrollimine

teostatud vastavalt dokumendile 651-15-42 MP “Juhend. Õhu erijuhtivuse meetrid "Elektrojuhtivus-2M". Kontrolli metoodika”, kinnitatud FSUE “VNIIFTRI” peadirektori esimese asetäitja – teadustöö asetäitja poolt 10. detsembril 2015. aastal.

Kontrollimisel kasutatud standardite loend:

Õhu elektrijuhtivuse standardmõõtur “Electrical Conductivity-2E”, õhu polaarse (positiivse või negatiivse) elektrijuhtivuse mõõtepiirkond 5 kuni 40 fS-m-1;

Kombineeritud arvesti Testo 425 (riikliku registri nr 17273-11);

Universaalne digitaalne voltmeeter V7-34A (riigiregistri nr 7982-80);

Elektrooniline stopper Integral S-01 (riigiregistri nr 44154-10).

Taatlusmärgis kantakse taatlustunnistusele kleebise või taatlusmärgi jäljendina.

Teave mõõtmismeetodite kohta

Õhu erijuhtivuse meetrid "Elektrojuhtivus-2M". Käsiraamat. IRSHYA.416312.001 RE.

Regulatiivsed ja tehnilised dokumendid, mis kehtestavad nõuded õhu erijuhtivuse arvestitele "Elektrojuhtivus-2M"

Õhu erijuhtivuse meetrid "Elektrojuhtivus-2M". Tehnilised tingimused. IRSHYA.416312.001 TU.

Pikkus ja kaugus Mass Puisteainete ja toiduainete mahu mõõtmed Pindala Maht ja mõõtühikud kulinaarsetes retseptides Temperatuur Rõhk, mehaaniline pinge, Youngi moodul Energia ja töö Jõud Aeg Lineaarkiirus Tasanurk Soojusefektiivsus ja kütusesäästlikkus Numbrid Koguse mõõtmise ühikud teabe vahetuskursid Mõõdud naisteriided ja jalatsid Meeste rõivaste ja jalatsite suurused Nurkkiirus ja pöörlemissagedus Kiirendus Nurkkiirendus Tihedus Eriruumala Inertsimoment Jõumoment Pöördemoment Eripõlemissoojus (massi järgi) Kütuse energiatihedus ja eripõlemissoojus (mahu järgi) Temperatuuride erinevus Soojuspaisumise koefitsient Soojustakistus Erisoojusjuhtivus Erisoojusvõimsus Energia kokkupuude, soojuskiirguse võimsus Soojusvoo tihedus Soojusülekande koefitsient Mahuvool Massivool Molaarvoog Massivoolutihedus Molaarkontsentratsioon Massikontsentratsioon lahuses Dünaamiline (absoluutne) viskoossus Kinemaatiline viskoossus Pindpinevus Auru läbilaskvus Auru läbilaskvus, auru ülekandekiirus Helitase Mikrofoni tundlikkus Helirõhu tase (SPL) Heledus Valgustugevus Valgustus Arvutigraafika Eraldusvõime Sagedus ja lainepikkus Dioptri võimsus ja fookuskaugus Dioptri võimsus ja objektiivi suurendus (×) Elektrilaeng Tihedus (×) Pindlaengu tihedus Maht laengu tihedus Elektrivool Lineaarne tihedusvool Pinnavoolu tihedus Elektrivälja tugevus Elektrostaatiline potentsiaal ja pinge Elektritakistus Elektritakistus Elektrijuhtivus Elektrijuhtivus Elektrimahtuvus Induktiivsus Ameerika juhtmemõõtur Tase dBm (dBm või dBmW), dBts), dBt ja muud ühikud Magnetomotoorjõud Magnettugevusväljad Magnetvoog Magnetiline induktsioon Ioniseeriva kiirguse neeldunud doosikiirus Radioaktiivsus. Radioaktiivne lagunemine Kiirgus. Kokkupuutedoos Kiirgus. Neelduv doos Kümnendkohad Andmeedastus Tüpograafia ja pilditöötlus Puidu mahu ühikud Molaarmassi arvutamine Keemiliste elementide perioodilisustabel D. I. Mendelejev

Algne väärtus

Teisendatud väärtus

siemensi meetri kohta pikosiemensi meetri kohta mo meetri kohta mo sentimeetri kohta abmo meetri kohta abmo sentimeetri kohta statmo meetri kohta statmo sentimeetri kohta siemens sentimeetri kohta millisiimensi meetri kohta millisiimensi sentimeetri kohta mikrosiimenseid sentimeetri kohta mikrosiimenseid sentimeetri kohta elektrijuhtivuse kokkuleppeline koefitsient pp elektrijuhtivuse tavaühik , koefitsient. ümberarvutus 700 ppm, koefitsient. ümberarvutus 500 ppm, koefitsient. ümberarvutus 640 TDS, ppm, koefitsient. ümberarvutus 640 TDS, ppm, koefitsient. ümberarvutus 550 TDS, ppm, koefitsient. ümberarvutus 500 TDS, ppm, koefitsient. ümberarvestus 700

Lisateavet elektrijuhtivuse kohta

Sissejuhatus ja mõisted

Elektrijuhtivus (või elektrijuhtivus) on mõõt, mis näitab aine võimet juhtida elektrivoolu või liigutada selles elektrilaenguid. See on voolutiheduse ja elektrivälja tugevuse suhe. Kui arvestada juhtivast materjalist kuubikut, mille külg on 1 meeter, on juhtivus võrdne selle kuubi kahe vastaskülje vahel mõõdetud elektrijuhtivusega.

Erijuhtivus on seotud juhtivusega järgmise valemiga:

G = σ(A/l)

Kus G- elektrijuhtivus, σ - erielektrijuhtivus, A- juhtme ristlõige elektrivoolu suunaga risti ja l- juhi pikkus. Seda valemit saab kasutada mis tahes silindri- või prismakujulise juhiga. Pange tähele, et seda valemit saab kasutada ka ristkülikukujulise rööptahuka puhul, sest see on prisma erijuhtum, mille alus on ristkülik. Tuletagem meelde, et elektrijuhtivus on elektritakistuse pöördväärtus.

Füüsikast ja tehnoloogiast kaugel inimestel võib olla raske mõista, mis vahe on juhi juhtivuse ja aine erijuhtivuse vahel. Vahepeal on need muidugi erinevad füüsikalised suurused. Juhtivus on antud juhi või seadme (nt takisti või plaadistusvanni) omadus, juhtivus on aga selle materjali omane omadus, millest see juht või seade on valmistatud. Näiteks vase juhtivus on alati sama, olenemata sellest, kuidas vasest objekti kuju ja suurus muutub. Samal ajal sõltub vasktraadi juhtivus selle pikkusest, läbimõõdust, massist, kujust ja mõnest muust tegurist. Muidugi on sarnastel suurema juhtivusega materjalidest valmistatud objektidel suurem juhtivus (kuigi mitte alati).

Rahvusvahelises mõõtühikute süsteemis (SI) on elektrijuhtivuse ühik Siemens meetri kohta (S/m). Selles sisalduv juhtivuse mõõtühik on oma nime saanud saksa teadlase, leiutaja ja ettevõtja Werner von Siemensi (1816–1892) järgi. Tema 1847. aastal asutatud Siemens AG (Siemens) on üks suurimaid elektri-, elektroonika-, energia-, transpordi- ja meditsiiniseadmeid tootvaid ettevõtteid.

Elektrijuhtivuse ulatus on väga lai: alates suure eritakistusega materjalidest nagu klaas (mis, muide, juhib hästi elektrit, kui seda punaseks kuumutada) või polümetüülmetakrülaat (pleksiklaas) kuni väga heade juhtideni nagu hõbe, vask või kuld. Elektrijuhtivuse määrab laengute arv (elektronid ja ioonid), nende liikumise kiirus ja energia hulk, mida nad suudavad kanda. Erinevate ainete vesilahused, mida kasutatakse näiteks plaadistusvannides, on keskmise juhtivuse väärtusega. Teine näide keskmise juhtivuse väärtustega elektrolüütidest on keha sisekeskkond (veri, plasma, lümf ja muud vedelikud).

Metallide, pooljuhtide ja dielektrikute juhtivust käsitletakse üksikasjalikult järgmistes Physical Quantity Converteri veebisaidi artiklites: ja Elektrijuhtivus. Selles artiklis käsitleme üksikasjalikumalt elektrolüütide erijuhtivust, samuti selle mõõtmise meetodeid ja lihtsaid seadmeid.

Elektrolüütide erijuhtivus ja selle mõõtmine

Vesilahuste erijuhtivuse, milles laetud ioonide liikumise tulemusena tekib elektrivool, määrab laengukandjate arv (aine kontsentratsioon lahuses), nende liikumiskiirus (ioonide liikuvus). sõltub temperatuurist) ja laengust, mida nad kannavad (määratakse ioonide valentsiga). Seetõttu põhjustab kontsentratsiooni suurenemine enamikus vesilahustes ioonide arvu suurenemist ja sellest tulenevalt juhtivuse suurenemist. Kuid pärast teatud maksimumi saavutamist võib lahuse erijuhtivus hakata vähenema koos lahuse kontsentratsiooni edasise suurenemisega. Seetõttu võib sama soola kahe erineva kontsentratsiooniga lahustel olla sama juhtivus.

Temperatuur mõjutab ka juhtivust, sest temperatuuri tõustes liiguvad ioonid kiiremini, mille tulemuseks on juhtivuse suurenemine. Puhas vesi on halb elektrijuht. Tavalise destilleeritud vee, mis sisaldab tasakaalus õhust saadavat süsihappegaasi ja mille kogumineralisatsioon on alla 10 mg/l, erielektrijuhtivus on umbes 20 mS/cm. Erinevate lahenduste erijuhtivus on toodud allolevas tabelis.

Lahuse erijuhtivuse määramiseks kasutatakse takistusmõõturit (oommeetrit) ehk juhtivust. Need on peaaegu identsed seadmed, mis erinevad ainult skaala poolest. Mõlemad mõõdavad pingelangust ahela selles osas, mille kaudu seadme akust elektrivool voolab. Mõõdetud juhtivuse väärtus teisendatakse käsitsi või automaatselt erijuhtivuseks. Seda tehakse mõõteseadme või anduri füüsilisi omadusi arvesse võttes. Juhtivusandurid on konstrueeritud lihtsalt: need on paar (või kaks paari) elektroode, mis on sukeldatud elektrolüüti. Juhtivuse mõõtmiseks mõeldud andureid iseloomustavad juhtivuse anduri konstant, mis kõige lihtsamal juhul on defineeritud kui elektroodide vahelise kauguse suhe D vooluvooluga risti olevale alale (elektroodile). A

See valem töötab hästi, kui elektroodide pindala on oluliselt suurem kui nendevaheline kaugus, kuna sel juhul liigub suurem osa elektrivoolust elektroodide vahel. Näide: 1 kuupsentimeetri vedeliku jaoks K = D/A= 1 cm/1 cm² = 1 cm⁻¹. Pange tähele, et juhtivusandureid, mille elektroodid on üksteisest suhteliselt suure vahemaa kaugusel, iseloomustavad anduri konstantsed väärtused 1,0 cm⁻¹ ja kõrgemad. Samal ajal on üksteise lähedal asuvate suhteliselt suurte elektroodidega andurite konstant 0,1 cm⁻1 või vähem. Anduri konstant erinevate seadmete elektrijuhtivuse mõõtmiseks on vahemikus 0,01 kuni 100 cm⁻¹.

Teoreetiline anduri konstant: vasak - K= 0,01 cm⁻¹, parem - K= 1 cm⁻¹

Juhtivuse saamiseks mõõdetud juhtivusest kasutatakse järgmist valemit:

σ = K ∙ G

σ - lahuse erijuhtivus S/cm;

K- anduri konstant cm⁻1;

G- anduri juhtivus siemensides.

Anduri konstanti tavaliselt ei arvutata selle geomeetriliste mõõtmete järgi, vaid seda mõõdetakse kindlas mõõteseadmes või kindlas mõõteseades, kasutades teadaoleva juhtivusega lahendust. See mõõdetud väärtus sisestatakse juhtivusmõõturisse, mis arvutab juhtivuse automaatselt lahuse mõõdetud juhtivuse või takistuse väärtuste põhjal. Kuna juhtivus sõltub lahuse temperatuurist, sisaldavad selle mõõtmise seadmed sageli temperatuuriandurit, mis mõõdab temperatuuri ja tagab mõõtmiste automaatse temperatuuri kompenseerimise, st tulemuste normaliseerimise standardtemperatuurile 25 ° C. .

Lihtsaim viis juhtivuse mõõtmiseks on rakendada pinget kahele lahusesse sukeldatud lameelektroodile ja mõõta voolavat voolu. Seda meetodit nimetatakse potentsiomeetriliseks. Ohmi seaduse järgi juhtivus G on voolu suhe I pingele U:

Kõik pole aga nii lihtne, kui eelpool kirjeldatud – juhtivuse mõõtmisel on palju probleeme. Kui kasutatakse alalisvoolu, kogunevad ioonid elektroodide pindadele. Samuti võib elektroodide pindadel toimuda keemiline reaktsioon. See toob kaasa elektroodide pindade polarisatsioonitakistuse suurenemise, mis omakorda toob kaasa ekslikud tulemused. Kui proovite tavapärase testriga mõõta näiteks naatriumkloriidi lahuse takistust, näete selgelt, kuidas digiseadme näidud muutuvad üsna kiiresti takistuse suurenemise suunas. Polarisatsiooni mõju kõrvaldamiseks kasutatakse sageli nelja elektroodi andurit.

Polarisatsiooni saab ka ennetada või igal juhul vähendada, kui seda mõõtmise ajal konstantse asemel kasutada, ja isegi sagedust saab reguleerida sõltuvalt juhtivusest. Madala juhtivuse mõõtmiseks kasutatakse madalaid sagedusi, kus polarisatsiooni mõju on väike. Kõrge juhtivuse mõõtmiseks kasutatakse kõrgemaid sagedusi. Tavaliselt reguleeritakse sagedust mõõtmisprotsessi ajal automaatselt, võttes arvesse lahuse saadud juhtivuse väärtusi. Kaasaegsed digitaalsed kaheelektroodilised juhtivusmõõturid kasutavad tavaliselt keerulisi vahelduvvoolu lainekujusid ja temperatuuri kompenseerimist. Need on tehases kalibreeritud, kuid töö ajal on sageli vaja uuesti kalibreerida, kuna mõõteelemendi (anduri) konstant aja jooksul muutub. Näiteks võib see muutuda, kui andurid määrduvad või kui elektroodid läbivad füüsikalisi ja keemilisi muutusi.

Traditsioonilises kaheelektroodilises juhtivusmõõturis (see on see, mida me oma katses kasutame) rakendatakse kahe elektroodi vahel vahelduvpinget ja mõõdetakse elektroodide vahel voolavat voolu. Sellel lihtsal meetodil on üks puudus - mõõdetakse mitte ainult lahuse takistust, vaid ka elektroodide polarisatsioonist põhjustatud takistust. Polarisatsiooni mõju minimeerimiseks kasutatakse nelja elektroodi anduri konstruktsiooni ning elektroodide katmist plaatinamustaga.

Üldine mineraliseerumine

Määramiseks kasutatakse sageli elektrijuhtivuse mõõtmise seadmeid kogu mineralisatsioon või tahkete ainete sisaldus(nt kogu lahustunud tahke aine, TDS). See on orgaaniliste ja anorgaaniliste ainete koguhulk, mis sisaldub vedelikus erineval kujul: ioniseeritud, molekulaarselt (lahustunud), kolloidselt ja suspensioonina (lahustamata). Lahustunud ainete hulka kuuluvad kõik anorgaanilised soolad. Peamiselt on need kaltsiumi, kaaliumi, magneesiumi, naatriumi kloriidid, vesinikkarbonaadid ja sulfaadid, samuti mõned vees lahustunud orgaanilised ained. Täielikuks mineralisatsiooniks klassifitseerimiseks peavad ained olema lahustunud või väga peente osakeste kujul, mis läbivad alla 2 mikromeetri pooride läbimõõduga filtreid. Nimetatakse aineid, mis on pidevalt lahuses hõljuvad, kuid ei suuda sellist filtrit läbida hõljuvad tahked ained(eng. heljumainete koguhulk, TSS). Vee kvaliteedi määramiseks mõõdetakse tavaliselt heljumi kogusummat.

Tahkete ainete sisalduse mõõtmiseks on kaks meetodit: gravimeetriline analüüs, mis on kõige täpsem meetod ja juhtivuse mõõtmine. Esimene meetod on kõige täpsem, kuid nõuab palju aega ja laborivarustust, kuna kuiva jäägi saamiseks tuleb vesi aurustada. Tavaliselt tehakse seda 180°C juures laboritingimustes. Pärast täielikku aurustumist kaalutakse jääk täppiskaalal.

Teine meetod ei ole nii täpne kui gravimeetriline analüüs. See on aga väga mugav, laialt levinud ja kiireim meetod, kuna tegemist on lihtsa juhtivuse ja temperatuuri mõõtmisega, mis teostatakse mõne sekundiga odava mõõteriistaga. Erielektrijuhtivuse mõõtmise meetodit saab kasutada tänu sellele, et vee erijuhtivus sõltub otseselt selles lahustunud ioniseeritud ainete hulgast. See meetod on eriti mugav joogivee kvaliteedi jälgimiseks või ioonide koguarvu hindamiseks lahuses.

Mõõdetud juhtivus sõltub lahuse temperatuurist. See tähendab, et mida kõrgem on temperatuur, seda suurem on juhtivus, kuna ioonid lahuses liiguvad temperatuuri tõustes kiiremini. Temperatuurist sõltumatute mõõtmiste saamiseks kasutatakse standard- (referents)temperatuuri mõistet, milleni mõõtmistulemused taandatakse. Võrdlustemperatuur võimaldab võrrelda erinevatel temperatuuridel saadud tulemusi. Seega saab juhtivusmõõtur mõõta tegelikku juhtivust ja seejärel kasutada parandusfunktsiooni, mis kohandab tulemuse automaatselt võrdlustemperatuurile 20 või 25 °C. Kui on vaja väga suurt täpsust, võib proovi panna inkubaatorisse, seejärel saab mõõturi kalibreerida samale temperatuurile, mida kasutatakse mõõtmistel.

Enamikul kaasaegsetest juhtivusmõõturitest on sisseehitatud temperatuuriandur, mida kasutatakse nii temperatuuri korrigeerimiseks kui ka temperatuuri mõõtmiseks. Kõige arenenumad instrumendid on võimelised mõõtma ja kuvama mõõdetud väärtusi juhtivuse, takistuse, soolsuse, üldsoolsuse ja kontsentratsiooni ühikutes. Siiski märgime veel kord, et kõik need seadmed mõõdavad ainult juhtivust (takistust) ja temperatuuri. Kõik ekraanil kuvatavad füüsikalised suurused arvutab seade, võttes arvesse mõõdetud temperatuuri, mida kasutatakse temperatuuri automaatseks kompenseerimiseks ja mõõdetud väärtuste viimiseks standardtemperatuurini.

Katse: kogu mineralisatsiooni ja juhtivuse mõõtmine

Lõpuks viime läbi mitmeid katseid juhtivuse mõõtmiseks, kasutades odavat TDS-3 kogumineralisatsioonimõõturit (nimetatakse ka salinomeetriks, salinomeetriks või juhtivusmõõturiks). Nimetu TDS-3 seadme hind eBays koos kohaletoimetamisega on kirjutamise ajal alla 3,00 USA dollari. Täpselt sama seade, kuid tootja nimega, maksab 10 korda rohkem. Kuid see on mõeldud neile, kellele meeldib kaubamärgi eest maksta, kuigi on väga suur tõenäosus, et mõlemad seadmed toodetakse samas tehases. TDS-3 teostab temperatuuri kompenseerimist ja on selleks otstarbeks varustatud elektroodide kõrval asuva temperatuurianduriga. Seetõttu saab seda kasutada ka termomeetrina. Tuleb veel kord märkida, et seade ei mõõda tegelikult mineraliseerumist ennast, vaid kahe traatelektroodi vahelist takistust ja lahuse temperatuuri. See arvutab kõik muu automaatselt kalibreerimistegurite abil.

Kogumineralisatsioonimõõtur aitab teil määrata kuivainesisaldust näiteks joogivee kvaliteedi jälgimisel või akvaariumi või magevee tiigi vee soolsuse määramisel. Seda saab kasutada ka vee kvaliteedi jälgimiseks vee filtreerimis- ja puhastussüsteemides, et teada saada, millal on aeg filter või membraan välja vahetada. Seade on tehases kalibreeritud 342 ppm (miljoniosa või mg/l) naatriumkloriidi lahusega, NaCl. Seadme mõõtepiirkond on 0–9990 ppm ehk mg/l. PPM – miljondikosa, suhteliste väärtuste mõõtmeteta mõõtühik, mis võrdub 1 10⁻⁶ baasindikaatoriga. Näiteks massikontsentratsioon 5 mg/kg = 5 mg 1 000 000 mg = 5 ppm või ppm. Nii nagu protsent on üks sajandik, on ppm üks miljondik. Protsendid ja ppm on tähenduselt väga sarnased. Osad miljoni kohta, erinevalt protsentidest, on kasulikud väga nõrkade lahuste kontsentratsiooni näitamiseks.

Seade mõõdab kahe elektroodi vahelist elektrijuhtivust (ehk takistuse pöördväärtust), seejärel teisendab tulemuse konkreetseks elektrijuhtivuseks (ingliskeelses kirjanduses kasutatakse sageli lühendit EC), kasutades ülaltoodud juhtivuse valemit, võttes arvesse anduri konstanti. K, seejärel teostab teise teisenduse, korrutades saadud juhtivuse teisendusteguriga 500. Tulemuseks on kogusoolsuse väärtus miljondikes (ppm). Lisateavet selle kohta allpool.

Seda kogumineralisatsioonimõõturit ei saa kasutada kõrge soolasisaldusega vee kvaliteedi kontrollimiseks. Kõrge soolasisaldusega ained on näiteks mõned toiduained (tavasupp normaalse soolasisaldusega 10 g/l) ja merevesi. Maksimaalne naatriumkloriidi kontsentratsioon, mida see seade suudab mõõta, on 9990 ppm ehk umbes 10 g/l. See on tüüpiline soola kontsentratsioon toiduainetes. Samuti ei saa see seade mõõta merevee soolsust, kuna see on tavaliselt 35 g/l ehk 35 000 ppm, mis on tunduvalt kõrgem, kui seade suudab mõõta. Kui proovite mõõta nii kõrget kontsentratsiooni, kuvab seade veateate Err.

TDS-3 soolsuse mõõtja mõõdab erijuhtivust ja kasutab kalibreerimiseks ja kontsentratsiooniks teisendamiseks niinimetatud 500 skaalat (või NaCl skaalat). See tähendab, et ppm kontsentratsiooni saamiseks korrutatakse juhtivuse väärtus mS/cm 500-ga. See tähendab, et näiteks 1,0 mS/cm korrutatakse 500-ga, et saada 500 ppm. Erinevad tööstusharud kasutavad erinevaid skaalasid. Näiteks hüdropoonikas kasutatakse kolme skaalat: 500, 640 ja 700. Ainus erinevus nende vahel on kasutuses. Skaala 700 põhineb kaaliumkloriidi kontsentratsiooni mõõtmisel lahuses ja erijuhtivuse muundamine kontsentratsiooniks toimub järgmiselt:

1,0 mS/cm x 700 annab 700 ppm

640 skaala kasutab mS teisendamiseks ppm-deks teisendustegurit 640:

1,0 mS/cm x 640 annab 640 ppm

Meie katses mõõdame esmalt destilleeritud vee kogumineralisatsiooni. Soolsuse mõõtja näitab 0 ppm. Multimeeter näitab takistust 1,21 MOhm.

Katse jaoks valmistame naatriumkloriidi NaCl lahuse kontsentratsiooniga 1000 ppm ja mõõdame kontsentratsiooni TDS-3 abil. 100 ml lahuse valmistamiseks peame lahustama 100 mg naatriumkloriidi ja lisama destilleeritud vett 100 ml-ni. Kaaluge 100 mg naatriumkloriidi ja asetage see mõõtesilindrisse, lisage veidi destilleeritud vett ja segage, kuni sool on täielikult lahustunud. Seejärel lisage vett 100 ml märgini ja segage uuesti hoolikalt.

Juhtivuse katseliseks määramiseks kasutasime kahte samast materjalist ja samade mõõtmetega elektroodi kui TDS-3 elektroodid. Mõõdetud takistus oli 2,5 KOhm.

Nüüd, kui me teame naatriumkloriidi takistust ja ppm kontsentratsiooni, saame ülaltoodud valemi abil ligikaudu arvutada TDS-3 soolsusmõõturi rakukonstandi:

K = σ/G= 2 mS/cm x 2,5 kOhm = 5 cm-1

See väärtus 5 cm-1 on lähedane allpool näidatud elektroodi mõõtmetega TDS-3 mõõteelemendi arvutatud konstantsele väärtusele (vt joonist).

• D = 0,5 cm - elektroodide vaheline kaugus;
• W = 0,14 cm - elektroodide laius
• L = 1,1 cm - elektroodide pikkus

TDS-3 anduri konstant on K = D/A= 0,5/0,14x1,1 = 3,25 cm⁻1. See ei erine palju ülaltoodud väärtusest. Pidagem meeles, et ülaltoodud valem võimaldab anduri konstandi ainult ligikaudset hinnangut.

Kas teil on raske mõõtühikuid ühest keelest teise tõlkida? Kolleegid on valmis teid aitama. Postitage küsimus TCTermidesse ja mõne minuti jooksul saate vastuse.

Füüsikakursusest mäletate, et mis tahes juhi elektritakistuse saab arvutada järgmise valemi abil:

kus R on takistus oomides;

l - juhi pikkus, cm;

S - ristlõikepindala, cm 2;

r - takistus, s.o. 1 cm pikkuse juhtme takistus, mille ristlõikepindala on 1 cm 2.

Elektrokeemias on tavaks kasutada näidatud vastastikuseid koguseid:

Väärtust L nimetatakse elektrijuhtivuseks ja seda mõõdetakse Siemensis (Sm) Sm = Ohm -1.

Suurust À nimetatakse erielektrijuhtivuseks. Lihtne on järeldada, et väärtust À mõõdetakse ühikutes cm × cm -1. Joonisel 3.1. esitletakse elektrijuhtivuse mõõtmiseks kasutatav konduktomeetriline rakk. See on ilma põhjata anum 1, millesse on sisestatud kaks plaatinaelektroodi 2, mis asetatakse katselahusesse 3.

K väärtus määratakse katseliselt. Selleks on vaja mõõta lahuse elektrijuhtivust L, mille puhul À on teada. Tavaliselt kasutatakse selleks teadaoleva kontsentratsiooniga (0,1; 0,05; 0,01 mol/dm 3) kaaliumkloriidi lahuseid, mille väärtused on toodud tabelites.

Võrrandist (3.5.) järeldub, et

Erijuhtivus on lahuse elektrijuhtivus, mis asetatakse kahe elektroodi vahele, mille pindala on 1 cm2, asub 1 cm kaugusel.

rohkem ioone, mis kannavad elektrit. Nii tugevate kui ka nõrkade elektrolüütide lahjendatud lahustes põhjustab kontsentratsiooni suurenemine juhtivuse suurenemist, mis on seotud ioonide arvu suurenemisega. Kõrgete kontsentratsioonide piirkonnas täheldatakse À vähenemist. Tugevate elektrolüütide puhul on see tingitud lahuste viskoossuse suurenemisest ja ioonide elektrostaatilise interaktsiooni suurenemisest. Nõrkade elektrolüütide puhul on see toime seotud dissotsiatsiooniastme vähenemisega ja sellest tulenevalt ioonide arvu vähenemisega.

Temperatuuri tõustes suureneb elektrolüütide erijuhtivus:

А 2 = А 1 [ 1 + a(T 2 - T 1)] (3.7.)

Selles võrrandis on À 1 ja À 2 juhtivus temperatuuridel T 1 ja T 2 ning a on juhtivuse temperatuuritegur. Näiteks soolade puhul a » 0,02. See tähendab, et temperatuuri tõus ühe kraadi võrra suurendab juhtivust ligikaudu 2%. See on tingitud asjaolust, et temperatuuri tõustes langeb lahuste hüdratatsiooniaste ja viskoossus.

Tuleb märkida, et erinevalt elektrolüütidest väheneb metallide elektrijuhtivus temperatuuri tõustes.

Molaarne elektrijuhtivus

Molaarne juhtivus l on seotud erijuhtivusega valemiga:

l = À × 1000/s (3.8.)

Selles avaldises on c lahuse molaarne kontsentratsioon mol × dm -3. Molaarjuhtivust väljendatakse ühikutes cm × cm 2 × mol -1. Niisiis,

molaarne juhtivus on lahuse juhtivus, mis sisaldab 1 mooli ainet elektroodide vahelisel kaugusel 1 cm.

Nii tugevate kui ka nõrkade elektrolüütide molaarne elektrijuhtivus väheneb kontsentratsiooni suurenedes. Tugevate ja nõrkade elektrolüütide l sõltuvuse olemus c-st on erinev, sest kontsentratsiooni mõju on tingitud erinevatest põhjustest.

Tugevad elektrolüüdid. Madalatel kontsentratsioonidel väljendatakse molaarse juhtivuse sõltuvust kontsentratsioonist empiirilise Kohlrauschi võrrandiga:

l = l 0 –bÖс (3.9.)

kus b on eksperimentaalselt määratud konstant,

ja l 0 – molaarne elektrijuhtivus lõpmatu lahjenduse või piirava molaarse juhtivuse korral.

Seega

liml C ® 0 = l 0 (3.10.)

On võimatu valmistada lahust, mille kontsentratsioon on null. Tugevate elektrolüütide l 0 väärtust saab määrata graafiliselt. Võrrandist (3.9.) järeldub, et tugevate elektrolüütide l = f(Öc) graafik on sirge (joon. 3.3., joon 1).

Kui valmistada rida erineva kontsentratsiooniga lahuseid, mõõta nende juhtivust L, arvutada ja joonistada graafik l = f(Öc), siis ekstrapoleerides saadud sirge ordinaadile (c = 0), saate määrata l 0. Kui võtta arvesse, et tugevad elektrolüüdid, sõltumata lahuse kontsentratsioonist, dissotsieeruvad täielikult, jõuame järeldusele, et 1 mooli ainest moodustuvate ioonide arv on alati sama. See tähendab, et ioonide liikumise kiirus sõltub lahuse kontsentratsioonist, kontsentratsiooni suurenedes see suureneb ioonide inhibeerimine. Seda nähtust seostatakse lahuses iga iooni ümber moodustumisega iooniline atmosfäär, mis koosneb valdavalt vastasmärgiga ioonidest. Kontsentratsiooni suurenedes suureneb ka lahuse viskoossus. Ioonide liikumise aeglustumisel elektriväljas on ka teisi põhjuseid, millel me pikemalt ei peatu.

Kui määrate katseliselt l väärtuse antud kontsentratsiooniga lahuse jaoks ja leiate graafiliselt l 0, saate arvutada elektrijuhtivusteguri väärtuse f :

f= l / l 0 (3.11.)

Koefitsient f iseloomustab ioonide inhibeerimise astet ja kipub lahuse lahjendamisel ühtlustuma.

Nõrgad elektrolüüdid. Nõrkade elektrolüütide molaarne juhtivus on oluliselt väiksem kui tugevate elektrolüütide lahustel (joonis 3.3, rida 2). See on tingitud asjaolust, et isegi madalatel kontsentratsioonidel on nõrkade elektrolüütide dissotsiatsiooniaste väike. Nõrkade elektrolüütide molaarse juhtivuse suurenemine lahuste lahjendamisel on Ostwaldi lahjendusseaduse kohaselt seotud dissotsiatsiooniastme suurenemisega. S. Arrhenius pakkus, et nõrga elektrolüüdi molaarne juhtivus on seotud selle dissotsiatsiooniastmega väljendiga:

a= l / l 0 (3.12.)

Seega saab nõrga elektrolüüdi dissotsiatsiooniastme arvutada, kui on teada selle maksimaalne molaarne juhtivus l 0. Siiski on l 0 graafiliselt l = f(Öc) ekstrapoleerimisega võimatu määrata, sest väheneva kontsentratsiooniga kõver (joon. 3.3., rida 2) läheneb asümptootiliselt ordinaadile.

Väärtuse l 0 saab määrata seaduse abil Kohlrauschi ioonide liikumise sõltumatus:

Elektrolüüdi molaarne elektrijuhtivus lahuse lõpmatu lahjendusega on võrdne katioonide ja anioonide maksimaalse liikuvuse summaga.

l 0 =l 0,+ + l 0,– (3.13.)

Katiooni ja aniooni liikuvus on võrdeline ioonide absoluutsete liikumiskiirustega (vt tabel 3.1.).

l 0,+ = F × U +; l 0,– = F×U – (3.14.)

Nendes valemites on F elektrienergia ühik nimega Faraday, mis on võrdne 96494 kuloniga (C). Tabelis 3.2. Mõnede ioonide maksimaalne liikuvus on antud.

Tuleb märkida, et ioonide liikumise sõltumatuse seadus kehtib nii nõrkade kui ka tugevate elektrolüütide puhul.

Tabel 3.2.

Ioonide liikuvuse piiramine (cm 2 × Cm × mol -1) temperatuuril 25 0 C

Juhtivuse mõõtmise rakendused

Elektrijuhtivuse mõõtmisel põhinevat uurimismeetodit nimetatakse konduktomeetria. Seda meetodit kasutatakse laialdaselt laboripraktikas. Elektrijuhtivuse mõõtmise seadet nimetatakse juhtivusmõõtur. Eelkõige võimaldab konduktomeetriline meetod määrata nõrkade elektrolüütide dissotsiatsioonikonstandid.

Näide.Äädikhappe dissotsiatsioonikonstandi määramine.

a) Konduktomeetrilise raku konstandi leidmiseks valmistasime kaaliumkloriidi lahused molaarsete kontsentratsioonidega 0,1 ja 0,02 mol×dm -3 ja mõõtsime nende juhtivuse, mis osutus võrdseks L 1 = 0,307 S ja L 2 = vastavalt 0,0645 S. Tabelist leiame näidatud kontsentratsioonidega kaaliumkloriidi lahuste erijuhtivuse väärtused:

À 1 = 1,29 × 10 -1 Sm × cm -1; À 2 = 2,58 × 10 -2 Sm × cm -1

Vastavalt võrrandile 3.6. Arvutame lahtri konstandi:

K 1 = À 1 / L 1 = 0,42 cm -1

K 2 = À 2 / L 2 = 0,40 cm -1

Keskmine väärtus K = 0,41 cm -1

b) Valmistasime kaks äädikhappe lahust kontsentratsioonidega c 1 = 0,02 mol × dm -3 ja c 2 = 1 × 10 -3 mol × dm -3. Konduktomeetri abil mõõdeti nende elektrijuhtivust:

L 1 = 5,8 × 10 -4 cm; L 2 = 1,3 × 10 -4 Vt.

c) Arvutage erijuhtivus:

À 1 = L 1 × K = 5,8 × 10 -4 × 0,41 = 2,378 × 10 -4 cm × cm -1

À 2 = L 2 × K = 1,2 × 10 -4 × 0,41 = 0,492 × 10 -4 Sm × cm -1

d) Valemi (3.8.) abil leiame molaarse elektrijuhtivuse l 1 = 11,89 Sm × cm 2 × mol -1; l 2 = 49,2 cm × cm 2 × mol -1

e) Leiame kasutades tabelit 3.2. äädikhappe maksimaalse molaarse juhtivuse väärtus: l 0 = 349,8 +40,9 = 390,7 Sm×cm 2 ×mol -1.

e) Lõpuks arvutame iga lahenduse jaoks dissotsiatsiooniastme (võrrand 3.12.) ja dissotsiatsioonikonstandi

a 1 = 3,04 × 10-2; a 2 = 1,26 × 10 -1

K 1 = 1,91 × 10 -5; K 2 = 1,82 × 10 -5

Keskmine väärtus K = 1,86×10 -5

Selle ülesande tehniline elluviimine võimaldab inimkonnal mitte maksta ülisuurt austust kõige mugavama energialiigi kasutamise eest - soojuskadude näol elektrienergia tootmisel, muundamisel ja edastamisel. Ülijuhtivuse arengu kaudne mõju oleks keskkonna ökoloogia märkimisväärne paranemine, mis tuleneb soojuselektrijaamade söe, kütteõli ja gaasi kahjulike põlemisproduktide heitkoguste taseme langusest ning kasutu kasutamise lõpetamisest. Maa atmosfääri soojendamine ja kasvuhoonegaaside heitkoguste vähendamine.

Juhtivus koos takistusega mängib suurt rolli elektrotehnikas ja teistes tehnikateadustes. Selle füüsiline tähendus on hüdraulilisest vastest intuitiivselt selge - kõik mõistavad, et lai voolik on veevoolu suhtes madalam ja seetõttu läbib see vett paremini kui õhuke. Sama kehtib ka elektrijuhtivuse kohta – väiksema takistusega aine juhib elektrit paremini.

Elektrijuhtivuse mõõtühik on oma nime saanud kuulsa Saksa inseneri, leiutaja, teadlase ja töösturi – Siemensi asutaja – Ernst Werner von Siemensi järgi. Muide, just tema pakkus välja elavhõbeda takistuse ühiku, mis erineb mõnevõrra tänapäevasest ohmist. Siemens määratles takistuse ühiku kui 100 cm kõrguse elavhõbedasamba takistust 1 mm² ristlõikega temperatuuril 0 °C.

Nähtuste füüsika

raske, vedel või gaasiline plasma

kristalne Ja amorfne.

Neid tsoone nimetatakse valents juhtivusriba keelatud ala

Metallide elektrijuhtivus

Ammu enne elektronide avastamist näidati eksperimentaalselt, et voolu läbimine metallides ei ole erinevalt vedelate elektrolüütide voolust seotud aine ülekandega. Saksa füüsiku Carl Viktor Eduard Riecke 1901. aastal läbi viidud oma lihtsuses elegantne eksperiment tõestas veenvalt, et metallide voolukandjad on teatud aine, mida tol ajal ei tuntud. Aasta jooksul juhtis ta elektrivoolu läbi erinevate metallide (vask-alumiinium-vask) "võileiva" ja avastas katse lõpus, et metallid ei segunenud. Hiljem loodi Taani teadlase Niels Bohri tööde kaudu positiivsest tuumast koosnev teooria aatomi planetaarse struktuuri kohta, mis koosneb positiivsest tuumast, mis sisaldab osakesi, mida me praegu nimetame nukleoniteks - need on prootonid ja neutronid - ja väliseid. negatiivselt laetud elektronide kestad. Füüsikud kasutavad seda teooriat endiselt, kuigi nad on selles mõningaid kohandusi teinud.

Pooljuhtide endi elektrijuhtivus on olemuselt elektrooniline ja sõltub tugevalt lisanditest. Selle vara tehniline kasutamine on leidnud rakendust võimendite ja kaasaegse elektroonika võtmeelementide loomisel. Iseloomulikud pooljuhid on neljavalentne germaanium (Ge) ja räni (Si), mis moodustavad aatomite väliskesta elektronpaaridest kovalentsete sidemetega üksteisega ühendatud aatomitest kristalse struktuuri. Lisandite lisamine muudab nende pooljuhtide juhtivust dramaatiliselt. Näiteks viievalentsete galliumi (Ga) või arseeni (As) aatomite lisamisel tekib pooljuhis valentselektronide liig, mis saavad pooljuhi proovi ühiseks omandiks, antud juhul räägitakse n-tüüpi juhtivusest. Kui pooljuhile lisada kolmevalentset indiumit (In), tekib valentselektronide defitsiit, sel juhul räägitakse "augu" p-tüüpi juhtivusest.

Pooljuhtide elektrijuhtivus sõltub tugevalt välistegurite rakendamisest, nagu elektri- või magnetväli, erineva intensiivsuse ja spektriga valgusega valgustamine või kokkupuude erinevat tüüpi kiirgusega, sealhulgas gammakiirgusega. Ingliskeelses terminoloogias sõna "quanta" ei kasutata. See legeeritud pooljuhtide omadus on leidnud laialdast rakendust kaasaegsetes tehnoloogiates. Ühesuunalise juhtivuse ainulaadne omadus on erinevat tüüpi juhtivusega pooljuhtide kombinatsioonil, nn p-n-siirnel, mis on saanud kaasaegse elektroonika aluseks.

katioonid Ja anioonid

Gaaside elektrijuhtivus

fotokeemiline ionisatsioon löökionisatsioon

Elektrijuhtivus bioloogias

Ülijuhtivus

Kui mõiste “elektrijuhtivus” on tuttav peamiselt füüsika ja elektrotehnika spetsialistidele, siis ülijuhtidest on ajakirjanike jõupingutuste kaudu kuulnud peaaegu igaüks. Koos termotuumaenergia arenguga on 21. sajandi füüsika unistus ja filosoofiakivi ka normaalsel maapealsel temperatuuril töötavate ülijuhtivate materjalide loomine.

Selle ülesande tehniline elluviimine võimaldab inimkonnal mitte maksta ülisuurt austust kõige mugavama energialiigi kasutamise eest - soojuskadude näol elektrienergia tootmisel, muundamisel ja edastamisel. Ülijuhtivuse arengu kaudne mõju oleks keskkonna ökoloogia märkimisväärne paranemine, mis tuleneb soojuselektrijaamade söe, kütteõli ja gaasi kahjulike põlemisproduktide heitkoguste taseme langusest ning kasutu kasutamise lõpetamisest. Maa atmosfääri soojendamine ja kasvuhoonegaaside heitkoguste vähendamine.

Lisaks tooks ülijuhtide kasutuselevõtt erinevates tööstus- ja transpordisektorites kaasa uue tehnilise revolutsiooni, mille vilju saaks nautida kogu Maa elanikkond. Kõik elektrimasinad - generaatorid, trafod, mootorid - väheneksid, kuid nende võimsus suureneks; ülijuhtivusel põhinevate elektromagnetite kasutamine tooks termotuumasünteesi probleemi lahenduse oluliselt lähemale ning kiirrongid saaksid reaalsuseks.

Sellest lähtuvalt on mõistetav maailma teadlaste ja inseneride huvi ülijuhtivuse probleemi vastu ning juba on ilmumas ka esimesed materjalid, mis suudavad praktilist ülijuhtivust realiseerida. Uurimistöö peamiseks suunaks on viimasel ajal saanud grafeen ja grafeenitaolised materjalid, mis on oma olemuselt ainulaadse juhtivusega kahemõõtmelised struktuurid.

Elektrijuhtivuse definitsioon ja ühikud

Elektrijuhtivus on materjali võime lasta elektrivoolu läbi iseenda. Elektrijuhtivus või muul viisil elektrijuhtivus on takistuse pöördväärtus. Juhtivust tähistatakse tähega G.

SI-süsteemis mõõdetakse elektrijuhtivust siemenites (1 Sm = 1 Ohm⁻¹). Gaussi süsteemis ja SGSE-s kasutatakse staticsiemensi ja SGSM kasutab absiemensi.

Juhtivus koos takistusega mängib suurt rolli elektrotehnikas ja teistes tehnikateadustes. Selle füüsiline tähendus on hüdraulilisest vastest intuitiivselt selge - kõik mõistavad, et lai voolik on veevoolu suhtes madalam ja seetõttu läbib see vett paremini kui õhuke. Sama kehtib ka elektrijuhtivuse kohta – väiksema takistusega aine juhib elektrit paremini.

Elektrijuhtivuse mõõtühik on oma nime saanud kuulsa Saksa inseneri, leiutaja, teadlase ja töösturi – Siemensi asutaja – Ernst Werner von Siemensi järgi. Muide, just tema pakkus välja elavhõbeda takistuse ühiku, mis erineb mõnevõrra tänapäevasest ohmist. Siemens määratles takistuse ühiku kui 100 cm kõrguse elavhõbedasamba takistust 1 mm² ristlõikega temperatuuril 0 °C.

Nähtuste füüsika

Iga materjali enda elektrijuhtivuse määrab ennekõike selle füüsikaline olek: aine võib olla raske, vedel või gaasiline. On olemas ka neljas aine olek, mida nimetatakse plasma, mis moodustab meie Päikese ülemised kihid.

Kui mõelda tahkete ainete elektrijuhtivuse nähtustele, ei saa ilma kaasaegsete tahkisfüüsika kontseptsioonideta ja juhtivuse ribateooriata. Struktuurilisest vaatepunktist jagunevad tahked ained kristalne Ja amorfne.

Kristallilised ained on korrastatud geomeetrilise struktuuriga; aine aatomid või molekulid moodustavad mingi mahulise või lameda võre; Nende materjalide hulka kuuluvad metallid, nende sulamid ja pooljuhid. Amorfsetel ainetel puudub kristallvõre.

Kristalli sees olevate aatomite valentselektronidest tekivad elektronide ühendused, mis ei kuulu konkreetsesse aatomisse. Nii nagu elektronide olekud isoleeritud aatomis on piiratud diskreetsete energiatasemetega, on elektronide olekud tahkes kehas piiratud diskreetsed energiatsoonid. Neid tsoone nimetatakse valents või täidetud alad. Lisaks valentsribale on kristallil juhtivusriba, mis asub reeglina valentsi kohal. Need kaks tsooni dielektrikutes ja pooljuhtides on eraldatud keelatud ala, st energiariba, milles ei saa paikneda ainsatki elektroni.

Ribateooria seisukohalt erinevad dielektrikud, pooljuhid ja metallid ainult oma ribalaiuse poolest. Dielektrikutel on kõige laiem ribalaius, ulatudes mõnikord 15 eV-ni. Absoluutsel nulltemperatuuril pole juhtivusribas elektrone, kuid toatemperatuuril on juba teatud arv elektrone, mis on soojusenergia tõttu valentsribast välja löödud. Juhtides (metallides) juhtivusriba ja valentsriba kattuvad, seetõttu on absoluutse nulltemperatuuri juures selles kattuvas ribas üsna palju juhtivuselektrone, mis võivad liikuda ja voolu moodustada. Pooljuhtidel on väikesed ribavahed ning nende elektrijuhtivus sõltub suuresti temperatuurist ja muudest teguritest, samuti lisandite olemasolust.

Metallide elektrijuhtivus

Ammu enne elektronide avastamist näidati eksperimentaalselt, et voolu läbimine metallides ei ole erinevalt vedelate elektrolüütide voolust seotud aine ülekandega. Saksa füüsiku Carl Viktor Eduard Riecke 1901. aastal läbi viidud oma lihtsuses elegantne eksperiment tõestas veenvalt, et metallide voolukandjad on teatud aine, mida tol ajal ei tuntud. Aasta jooksul juhtis ta elektrivoolu läbi erinevate metallide (vask-alumiinium-vask) "võileiva" ja avastas katse lõpus, et metallid ei segunenud. Hiljem loodi Taani teadlase Niels Bohri tööde kaudu positiivsest tuumast koosnev teooria aatomi planetaarse struktuuri kohta, mis koosneb positiivsest tuumast, mis sisaldab osakesi, mida me praegu nimetame nukleoniteks - need on prootonid ja neutronid - ja väliseid. negatiivselt laetud elektronide kestad. Füüsikud kasutavad seda teooriat endiselt, kuigi nad on selles mõningaid kohandusi teinud.

Metallide juhtivus on tingitud suure hulga valentselektronide olemasolust metalliaatomite väliskestadest, mis ei kuulu konkreetsesse aatomisse, vaid muutuvad kogu proovi aatomite ansambli omaks. On üsna loomulik, et metalliaatomitel, mille väliskestal on suurem arv elektrone, on ka suurem elektrijuhtivus – see hõlmab vaske (Cu), hõbedat (Ag) ja kulda (Au), mis on alati nende metallide väärtust eristanud. elektrotehnika ja elektroonika jaoks.

Pooljuhtide elektrijuhtivus

Pooljuhtide endi elektrijuhtivus on olemuselt elektrooniline ja sõltub tugevalt lisanditest. Selle vara tehniline kasutamine on leidnud rakendust võimendite ja kaasaegse elektroonika võtmeelementide loomisel. Iseloomulikud pooljuhid on neljavalentne germaanium (Ge) ja räni (Si), mis moodustavad aatomite väliskesta elektronpaaridest kovalentsete sidemetega üksteisega ühendatud aatomitest kristalse struktuuri. Lisandite lisamine muudab nende pooljuhtide juhtivust dramaatiliselt. Näiteks viievalentsete galliumi (Ga) või arseeni (As) aatomite lisamisel tekib pooljuhis valentselektronide liig, mis saavad pooljuhi proovi ühiseks omandiks, antud juhul räägitakse n-tüüpi juhtivusest. Kui pooljuhile lisada kolmevalentset indiumit (In), tekib valentselektronide defitsiit, sel juhul räägitakse "augu" p-tüüpi juhtivusest.

Pooljuhtide elektrijuhtivus sõltub tugevalt välistegurite rakendamisest, nagu elektri- või magnetväli, erineva intensiivsuse ja spektriga valgusega valgustamine või kokkupuude erinevat tüüpi kiirgusega, sealhulgas gammakiirgusega. Ingliskeelses terminoloogias sõna "quanta" ei kasutata. See legeeritud pooljuhtide omadus on leidnud laialdast rakendust kaasaegsetes tehnoloogiates. Ühesuunalise juhtivuse ainulaadne omadus on erinevat tüüpi juhtivusega pooljuhtide kombinatsioonil, nn p-n-siirnel, mis on saanud kaasaegse elektroonika aluseks.

Elektrolüütide elektrijuhtivus

Elektrolüütide elektrijuhtivus on ainete lahuste võime juhtida elektrivoolu, kui rakendatakse elektrilist pinget. Neis olevad voolukandjad on positiivselt ja negatiivselt laetud ioonid - katioonid Ja anioonid, mis eksisteerivad lahuses elektrolüütilise dissotsiatsiooni tõttu. Elektrolüütide ioonse elektrijuhtivusega, erinevalt metallidele iseloomulikust elektroonilisest juhtivusest, kaasneb aine ülekandumine elektroodidele koos uute keemiliste ühendite moodustumisega nende läheduses.

Summaarne (kogu)juhtivus koosneb katioonide ja anioonide juhtivusest, mis liiguvad välise elektrivälja mõjul vastassuundades. See on seotud ioonide liikuvusega, mis sõltub olemasolevate katioonide ja anioonide suurusest ja laengust. On tõestatud, et veeioonide - H+ katiooni vesinikuaatomi ja hüdroksüülrühma OH- aniooni - ainulaadse liikuvuse määrab vee struktuur, mis moodustab teatud laenguga molekulide assotsiatsioone. Laengu ülekandmise mehhanismi sellistes kooslustes nimetatakse kroketiks ja see meenutab oma olemuselt piljardi energiaülekande mehhanismi – kui lüüa löögikuuliga järjestikuseid kuule, lendab viimane kauge pall sellest kooslusest välja.

Selle Maa universaalseima lahusti vee elektrijuhtivus sõltub tugevalt lahustunud ainete lisanditest, mistõttu mere- või ookeanivee elektrijuhtivus erineb järsult magevee elektrijuhtivusest jõgedes ja järvedes (kasutame ka mineraalvee raviomadused ja siit pärinevad legendid elavate ja surnute kohta) vesi).

Kvantitatiivselt iseloomustab elektrolüütide elektrijuhtivust ekvivalentne elektrijuhtivus – kõigi ioonide juhtivus, mis moodustuvad 1 grammi elektrolüüdi ekvivalendis.

Gaaside elektrijuhtivus

Gaaside elektrijuhtivus tuleneb nendes olevate vabade elektronide ja ioonide olemasolust ning seetõttu nimetatakse seda elektronioonjuhtivuseks. Gaase iseloomustab nende harulduse tõttu pikk teepikkus enne molekulide ja ioonide kokkupõrget; seetõttu on nende elektrijuhtivus tavatingimustes madal. Sama võib öelda ka gaasisegude kohta. Looduslik gaaside segu on atmosfääriõhk, mida elektrotehnikas peetakse heaks isolaatoriks. Gaaside elektrijuhtivus sõltub suuresti erinevatest füüsikalistest teguritest, nagu rõhk, temperatuur ja segu koostis. Lisaks avaldavad mõju mitmesugused ioniseeriva kiirguse liigid. Nii omandavad gaasid näiteks ultraviolett- või röntgenikiirguse või radioaktiivsete ainete poolt eralduvate osakeste mõjul või lõpuks kõrge temperatuuri mõjul elektrivoolu juhtiva omaduse.

Seda protsessi nimetatakse ioniseerimiseks. Selle toimemehhanismid on erinevad: Maa atmosfääri ülemistes kihtides on see ülekaalus fotokeemiline ionisatsioon ultraviolettkiirguse footoni või röntgenikiirguse kvanti püüdmise tõttu neutraalse molekuli poolt koos negatiivse elektroni emissiooniga ja molekuli muundumisega positiivselt laetud iooniks. Vaba elektron omakorda muudab neutraalse molekuliga liitudes selle negatiivselt laetud iooniks. Atmosfääri madalamates kihtides on see ülekaalus löökionisatsioon gaasimolekulide kokkupõrke tõttu päikese- ja kosmilise kiirguse korpuskulaarsete osakestega.

Tuleb märkida, et normaalsetes tingimustes on positiivsete ja negatiivsete ioonide arv atmosfääriõhus selle molekulide koguarvuga võrreldes väga väike. 1 kuupsentimeetris gaasi tavalistes rõhu- ja temperatuuritingimustes sisaldab umbes 30 * 10¹8 molekuli. Samal ajal on samas mahus mõlemat tüüpi ioonide arv keskmiselt 800–1000. See ioonide arv varieerub täielikult vastavalt aastaajale ja kellaajale, sõltub geoloogilistest, topograafilistest ja meteoroloogilistest tingimustest ning ilmast: näiteks suvel on ioonide arv palju suurem kui talvel, selgetel ja ilmastikutingimustel. kuiv ilm rohkem kui vihmane ja pilvine, uduga väheneb maapinna atmosfääri ionisatsioon peaaegu nullini.

Elektrijuhtivus bioloogias

Bioloogiliste objektide elektrijuhtivuse tundmine annab bioloogidele ja arstidele võimsa uurimis-, diagnoosi- ja isegi ravimeetodi. Arvestades asjaolu, et maapealne elu tekkis mereveest, mis on olemuselt elektrolüüt, on kõik bioloogilised objektid ühel või teisel määral elektrokeemia seisukohalt elektrolüüdid, olenemata antud objekti struktuurilistest iseärasustest.

Kuid kui arvestada voolu liikumist läbi bioloogiliste objektide, on vaja arvestada nende rakustruktuuriga, mille oluliseks elemendiks on rakumembraan - väliskest, mis kaitseb rakku selektiivsuse tõttu ebasoodsate keskkonnategurite mõjude eest. omadused. Oma füüsikaliste omaduste poolest on rakumembraan kondensaatori ja takistuse paralleelühendus, mis määrab bioloogilise materjali elektrijuhtivuse sõltuvuse rakendatava pinge sagedusest ja selle võnkumiste kujust.

Üldiselt on bioloogiline kude elundi enda rakkude, rakkudevahelise vedeliku (lümfi), veresoonte ja närvirakkude konglomeraat. Kuna viimased reageerivad elektrivoolu mõjule ergastusega, on voolu vool bioloogilises koes ja seega ka selle elektrijuhtivus mittelineaarne.

Rakendatava voolu madalatel sagedustel (kuni 1 kHz) määravad bioloogiliste objektide elektrijuhtivuse lümfi- ja verevarustuskanalite elektrijuhtivuse omadused, kõrgetel sagedustel (üle 100 kHz) bioloogilised objektid on võrdeline elektrolüütide koguhulgaga elektroodidevahelises koes.

Bioloogiliste kudede spetsiifilise elektrijuhtivuse iseloomulike väärtuste ja rakumembraanide omaduste tundmine võimaldab luua seadmeid keharakkudes toimuvate protsesside objektiivseks jälgimiseks. See teave aitab ka haiguste diagnoosimisel ja raviks kasutatavate seadmete loomisel (elektroforees).

Kahjuks on elektrokeemiliste reaktsioonide kiirus väike, mistõttu jõuame põletushaavu saada enne, kui käe millegi väga kuuma eest ära tõmbame - närvidel pole aega ajule ohusignaali edastada ja see omakorda reageerib. kohe – meie reaktsioonikiirus välistele stiimulitele on sadu millisekundeid. Seetõttu keelavad liiklusjärelevalveteenistused meil autojuhtimise joobes või narkojoobes, kuna reageerimiskiirus väheneb veelgi.

Ülijuhtivus

Kamerlingh-Onessi poolt 1911. aastal avastatud –270 kraadini Celsiuse järgi jahutatud elavhõbeda ülijuhtivuse (nulltakistus vooluvoolule) fenomen muutis füüsikute vaated pöördeliseks, juhtides nende tähelepanu kvantprotsessidele, mis seda aine olekut määravad.

Sellest ajast alates on teadlased liitunud temperatuuri võidujooksuga, tõstes ainete ülijuhtivuse latti aina kõrgemale ja kõrgemale. Nende väljatöötatud ühendid, sulamid ja keraamika (fluoritud HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8+δ ehk Hg−1223) tõstsid ülijuhtivuse temperatuuri 138 Kelvinile, mis ei ole palju madalam Maa miinimumtemperatuurist. Uusim võlukepp igivana unistuse saavutamiseks on uued fantastiliste omadustega materjalid – grafeen ja grafeenitaolised materjalid.

Esimesel (üsna konarlikul) lähenemisel võib metallide ülijuhtivust seletada kristallvõre aatomite vibratsiooni puudumisega, mis vähendab elektronide kokkupõrke tõenäosust nendega.

Peatugem ülijuhtivuse praktilise rakendamise mitmel aspektil. Esimese kaubandusliku ülijuhtiva elektriliini käivitas American Superconductor Long Islandil New Yorgis 2008. aasta juuni lõpus. Lõuna-Korea ettevõte LS Cable kavatseb Soulis ja teistes linnades luua ülijuhtivaid elektriliine, mille ülijuhtiva kaabli kogupikkus on 3000 km. Ja Saksamaal välja töötatud ja juurutatud projekti AmpaCity kolmefaasiline kontsentriline kaabel 10 000 volti jaoks on mõeldud 40 megavatti võimsuse edastamiseks. Võrreldes sama suure vaskkaabliga suudab ülijuhtiv kaabel vaatamata paksule jahutussärgile üle kanda viis korda rohkem energiat. Projekt käivitati Saksamaal Essenis 2014. aastal.

Tähelepanuväärne on ka projekt elektri (ja vesiniku) transportimiseks Sahara kõrbest. Ekspertide sõnul suudavad olemasolevad tehnoloogiad rahuldada kogu inimkonna vajadusi vaid 300 ruutkilomeetri suuruse päikesepaneelide abil, mis asuvad Sahara kõrbes. Ja kogu Euroopa vajaduste jaoks on vaja ainult 50 ruutkilomeetrit. Kuid küsimus taandub selle energia transpordile. Kadude tõttu kulub 100% kogu toodetud energiast ülekandele. Pakuti välja väga originaalne meetod selle edastamiseks ilma kadudeta magneesiumdiboriidist (MgB₂) valmistatud torude kaudu, mida jahutatakse seestpoolt vedela vesiniku vooluga. Tänu sellele on meil kadudeta elektriülekanne ülijuhi kaudu pluss kohapeal toodetud keskkonnasõbralik kütus – vesinik.

Ja lisaks sellele ei riku sellisel viisil päikeseenergia kasutamine elektri ja vesiniku tootmiseks Maa ökoloogilist ja soojuslikku tasakaalu, mis ei ole omane tänapäevastele fossiilkütustest elektri tootmise meetoditele, olgu selleks nafta või gaas või kivisüsi. Lõppude lõpuks tähendab nende kasutamine täiendava päikeseenergia toomist atmosfääri, mille loodus ise on nendesse allikatesse kogunud.

Eraldi küsimus ülijuhtivuse rakendamisest praktikas on magnetlevitatsiooni kasutamine maatranspordis (magnetlevitatsioonirongid). Uuringud on näidanud, et seda tüüpi transport on kolm korda tõhusam kui maanteetransport ja viis korda tõhusam kui lennukid.

102,50 Kb

Elektrijuhtivus.

Elektrijuhtivus (elektrijuhtivus, juhtivus) on keha võime juhtida elektrivoolu, samuti seda võimet iseloomustav füüsikaline suurus, mis on elektritakistuse pöördväärtus. SI süsteemis on elektrijuhtivuse mõõtühikuks Vt Üksikute ainete võimet juhtida elektrivoolu saab hinnata nende elektritakistuse ρ järgi. Materjalide elektrijuhtivuse hindamiseks kasutatakse ka erielektrijuhtivuse mõistet.

Elektrijuhtivust mõõdetakse siemensina meetri kohta (S/m).

Ohmi seaduse kohaselt on lineaarses isotroopses aine erijuhtivus proportsionaalsuskoefitsient tekkiva voolu tiheduse ja keskkonnas oleva elektrivälja suuruse vahel:

kus γ - erijuhtivus,

J - voolutiheduse vektor,

E - elektrivälja tugevuse vektor.

Elektrijuhtivus G juhti saab väljendada järgmiste valemitega:

G = 1/R = S/(ρl) = γS/l = I/U

kus ρ on takistus,
S on juhi ristlõikepindala,
l - juhi pikkus,
γ = 1/ρ – erijuhtivus,
U on pinge piirkonnas,
Mina olen praegune sektsioonis.

Elektrijuhtivust mõõdetakse siemensides: [G] = 1/1 Ohm = 1 cm.

Ainetes on kahte tüüpi laengukandjaid: elektronid või ioonid. Nende laengute liikumine tekitab elektrivoolu.

Erinevate ainete elektrijuhtivus sõltub vabade elektriliselt laetud osakeste kontsentratsioonist. Mida suurem on nende osakeste kontsentratsioon, seda suurem on antud aine elektrijuhtivus. Kõik ained, olenevalt nende elektrijuhtivusest, jagunevad kolme rühma: juhid, dielektrikud ja pooljuhid.

Vesi. Jää. Steam.

Vesi (vesinikoksiid) on keemiline aine läbipaistva vedeliku kujul, mis on värvitu (väikestes kogustes), lõhna ja maitsega (normaalsetes tingimustes). Keemiline valem: H2O. Tahkes olekus nimetatakse vett jääks või lumeks ja gaasilises olekus veeauruks. Vesi on hea väga polaarne lahusti. Looduslikes tingimustes sisaldab see alati lahustunud aineid (soolasid, gaase).

Eraldi vaadeldavas veemolekulis on vesiniku ja hapniku aatomid või õigemini nende tuumad paigutatud nii, et need moodustavad võrdhaarse kolmnurga. Selle tipus on suhteliselt suur hapnikutuum, põhjaga külgnevates nurkades on üks vesiniku tuum.

Veemolekul on väike dipool, mille poolustel on positiivsed ja negatiivsed laengud. Kuna hapnikutuuma mass ja laeng on suuremad kui vesiniku tuumadel, siis tõmbub elektronpilv hapnikutuuma poole. Sel juhul on vesiniku tuumad "paljastatud". Seega on elektronpilvel ebaühtlane tihedus. Vesiniku tuumade läheduses on puudu elektrontihedusest ja molekuli vastasküljel, hapnikutuuma lähedal, on elektrontiheduse liig. Just see struktuur määrab veemolekuli polaarsuse. Kui ühendate positiivsete ja negatiivsete laengute epitsentrid sirgjoontega, saate kolmemõõtmelise geomeetrilise kujundi - tavalise tetraeedri.

Vesiniksidemete olemasolu tõttu moodustab iga veemolekul vesiniksideme 4 naabermolekuliga, moodustades jäämolekulis ažuurse võrkraami. Vedelas olekus on vesi aga korrastamata vedelik; Need vesiniksidemed on spontaansed, lühiealised, katkevad kiiresti ja tekivad uuesti. Kõik see põhjustab vee struktuuri heterogeensust.

Asjaolu, et vesi on koostiselt heterogeenne, tehti kindlaks juba ammu. Jää hõljub vee pinnal, see tähendab, et kristalse jää tihedus on väiksem kui vedeliku tihedus.

Peaaegu kõigi teiste ainete puhul on kristall tihedam kui vedel faas. Lisaks kasvab vee tihedus ka pärast sulamist temperatuuri tõustes jätkuvalt ja saavutab maksimumi 4°C juures. Vähem tuntud on vee kokkusurutavuse anomaalia: sulamistemperatuurist kuni 40°C kuumutamisel see väheneb ja seejärel suureneb. Vee soojusmahtuvus sõltub mittemonotoonselt ka temperatuurist.

Lisaks väheneb temperatuuril alla 30 °C, kui rõhk tõuseb atmosfäärirõhult 0,2 GPa-ni, vee viskoossus ja isedifusioonikoefitsient, parameeter, mis määrab veemolekulide liikumiskiiruse üksteise suhtes, suureneb.

Iga veemolekul jää kristallstruktuuris osaleb 4 vesiniksidemes, mis on suunatud tetraeedri tippude poole. Selle tetraeedri keskmes on hapnikuaatom, kahes tipus vesinikuaatom, mille elektronid osalevad kovalentse sideme moodustumisel hapnikuga. Ülejäänud kaks tippu on hõivatud hapniku valentselektronide paaridega, mis ei osale molekulisiseste sidemete moodustamises. Kui ühe molekuli prooton interakteerub mõne teise molekuli üksikute hapnikuelektronide paariga, moodustub vesinikside, mis on vähem tugev kui molekulisisene side, kuid piisavalt võimas, et hoida koos naaberveemolekule. Iga molekul võib samaaegselt moodustada neli vesiniksidet teiste molekulidega rangelt määratletud nurkade all, mis on võrdsed 109°28", mis on suunatud tetraeedri tippude poole, mis ei võimalda külmumise ajal tiheda struktuuri tekkimist.

Veeaur on vee gaasiline olek tingimustes, kus gaasifaas võib olla tasakaalus vedela või tahke faasiga. See on värvitu, maitsetu ja lõhnatu, selle moodustavad veemolekulid selle aurustumisel. Auru iseloomustavad väga nõrgad sidemed veemolekulide vahel, samuti nende suur liikuvus. Selle osakesed liiguvad kokkupõrgete vaheaegadel peaaegu vabalt ja kaootiliselt, mille käigus toimub nende liikumise olemuse järsk muutus. Küllastunud auru omadused (tihedus, erisoojusmahtuvus jne) määratakse ainult rõhuga.

Vee elektrijuhtivus

Puhas vesi on halb elektrijuht. Sellegipoolest suudab see, kuigi väga vähe, juhtida elektrivoolu veemolekulide osalise dissotsiatsiooni tõttu H+ ja OH- ioonideks. Nii vee kui ka jää elektrijuhtivuse seisukohalt on esmatähtsad H+ ioonide liikumised ehk nn prootonhüplemine. Madal, peaaegu puuduv juhtivus on tingitud asjaolust, et vesi koosneb elektriliselt neutraalsetest aatomitest ja molekulidest, mille liikumist ei saa elektrivool läbi viia. Soolade, hapete ja leeliste lahused vees ja mõnes muus vedelikus juhivad aga hästi voolu ning mida rohkem lahustunud ainet, seda suurem osa sellest laguneb ioonideks ning seda suurem on lahuse juhtivus.

Ioonide kontsentratsioon on esimene juhtivust mõjutav tegur. Kui lahustumisel molekulide dissotsiatsiooni ei toimu, siis ei ole lahus elektrijuht.

Muud tegurid: iooni laeng (ioon laenguga +3 kannab kolm korda rohkem voolu kui see, mille laeng on +1); ioonide liikuvus (rasked ioonid liiguvad aeglasemalt kui kerged ioonid) ja temperatuur. Elektrivoolu juhtivat lahust nimetatakse elektrolüüdiks.

Vee mineraliseerumine vähendab järsult selle elektritakistust ja suurendab seetõttu selle juhtivust. Niisiis, destilleeritud vee puhul on see ligikaudu 10ˉ 5 S/m ja merevee puhul ligikaudu 3,33 S/m (võrdluseks: paber – 10ˉ 15, vask – 0,5ˉ 10 8 S/m). Vee elektrijuhtivus võib olla selle saastumise näitaja.

Jää elektrijuhtivus

Jää elektrijuhtivus on väga väike ja kordades väiksem kui vee elektrijuhtivus, eriti kui vesi on vähemalt veidi mineraliseerunud. Näiteks mageveejää erijuhtivus on temperatuuril 0°C 0,27·10ˉ 7 S/m ja temperatuuril -20°С 0,52·10ˉ 7 S/m, samas kui destilleeritud vee millest see jää saadi, oli juhtivus suurusjärgus 10ˉ 6 S/m.

Jää madal juhtivus tuleneb sellest, et tavatingimustes ei sisalda see praktiliselt vabu laengukandjaid ega aatomeid, millel puudub elektron (nn “augud”).

Kuivat lund iseloomustab eelkõige madal elektrijuhtivus, mis võimaldab selle pinnale panna isegi isoleerimata juhtmeid. Selle juhtivus temperatuuridel -2 kuni -16 °C on ligikaudu 0,35*10ˉ 5 - 0,38·10ˉ 7 S/m ja on lähedane kuiva jää erijuhtivusele. Märjal lumel on seevastu kõrge elektrijuhtivus, ulatudes 0,1 S/m.

Jää juhtivust saab tõsta lähtevee mineraliseerimisel (ioonidega küllastumisel) hapete, soolade ja alustega. Siis tõmbavad ioonid naaberaatomi elektrone ja need omakorda muutuvad ioonideks. Seega liigub järjestikusel tagasitõmbumisel positiivne laeng.

Veeauru juhtivus

Aur ise, olles gaas, milles pole laetud osakesi, ei ole elektrijuht. Juhtivust saab aga tõsta, kui selles tekivad erinevate väliste vastasmõjude mõjul laetud osakesed – molekulid. Suurimat mõju avaldavad sellised välistegurid nagu röntgenikiirgus, raadiumikiired ja gaasi tugev kuumenemine. Põhjustada ionisatsiooni, näiteks seadmed, mida nimetatakse ionisaatoriteks.

Ionisatsioonimehhanism gaasides on järgmine: neutraalsed aatomid ja molekulid sisaldavad sama palju positiivset elektrit kesktuumade kujul ja negatiivset elektrit neid tuumasid ümbritsevate elektronide kujul. Erinevate põhjuste mõjul võib elektron välja rebida ja allesjäänud molekul omandab positiivse laengu. Ja väljapaisatud elektron ei jää vabaks, selle püüab kinni üks või mitu neutraalset molekuli ja annab neile negatiivse laengu. Tulemuseks on paar vastupidiselt laetud ioone. Selleks, et elektron aatomist lahti murduks, peab ta kulutama teatud energiat – ionisatsioonienergiat. See energia on erinevate ainete puhul erinev ja sõltub aatomi struktuurist.

Iga moodustunud molekulaarne ioon tõmbab ligi neutraalseid molekule ja moodustab seeläbi terve ioonkompleksi. Vastandmärgiga ioonid, põrkudes üksteisega, neutraliseerivad üksteist, mille tulemusena tekivad taas algsed neutraalsed molekulid – seda protsessi nimetatakse rekombinatsiooniks. Elektroni ja positiivse iooni rekombinatsioonil vabaneb teatud energia, mis on võrdne ionisatsioonile kulutatud energiaga.

Pärast ionisaatori mõju peatumist väheneb ioonide arv gaasis aja jooksul ja väheneb lõpuks praktiliselt nullini. Seda seletatakse asjaoluga, et elektronid ja ioonid osalevad soojusliikumises ja seetõttu põrkuvad üksteisega kokku. Elektroni ja positiivse iooni kokkupõrke tulemusena ühinevad nad uuesti neutraalseks aatomiks. Ja kui positiivsed ja negatiivsed ioonid põrkuvad, võivad viimased omakorda anda positiivsele ioonile oma liigse elektroni ja mõlemad ioonid muutuvad neutraalseteks molekulideks.

Sellest järeldub, et aurujuhtivus on ajutine nähtus. Kui gaasi ionisatsioon peatub, ei ole see enam juhtiv, samas kui vedelik jääb alati elektrivoolu juhiks.

Kasutatud kirjanduse loetelu:

• Vukalovich M.P., Novikov I.I., Tehniline termodünaamika, 4. väljaanne, M., 1968;
• Zatsepina G.N. Vee füüsikalised omadused ja struktuur. M., 1987
• A.N. Matvejev. Elekter ja magnetism.
• http://ru.wikipedia.org/wiki/
• http://www.o8ode.ru/article/water/
• http://provodu.kiev.ua/smelye-teorii/led

Töö kirjeldus

Elektrijuhtivus (elektrijuhtivus, juhtivus) on keha võime juhtida elektrivoolu, samuti seda võimet iseloomustav füüsikaline suurus, mis on elektritakistuse pöördväärtus.