Contenu
- Les bases de l'électricité
- Qu'est-ce que la conductivité?
- Conductivité vs conductance
- Conductance électrique et eau: un aperçu
- Importance de la conductivité dans l'eau
- Conductivité thermique
Quiconque passe beaucoup de temps au bord d'une piscine découvre rapidement que les gens sont généralement très préoccupés par le fait de disposer d'appareils électriques à proximité de l'eau - à plus forte raison s'ils sont branchés.
Cela est vrai, en fait, dans la plupart des situations où il existe un réservoir d’eau suffisant près des courants de courant électrique connus. Grâce à la conductivité de l'eau, le crime diabolique de "grille-pain dans la baignoire" est un cliché adoré des histoires à l'ancienne de mystères de meurtre.
Le point ici n’est pas que vous puissiez vous blesser avec de l’électricité, même si c’est toujours essentiel de garder à l’esprit; c’est que les adultes les plus alertes, et même les collégiens, savent qu’il ne faut pas mélanger l’eau avec le courant de quelque façon que ce soit, qu’ils connaissent la physique ou non. (En fait, certaines idées trop prudentes persistent, telles que la notion que vous êtes susceptible de recevoir un choc si vous touchez un interrupteur en plastique lorsque vos doigts sont humides.)
Pour le moment, la question de savoir comment l'électricité "coule" dans au moins certains des liquides quand au moins certains les solides peuvent le contenir. Est-ce seulement l'eau qui interagit avec l'électricité de cette manière? Qu'en est-il du lait ou du jus renversé? Et plus généralement, quelles propriétés de la matière contribuent à la valeur de son conductivité?
Les bases de l'électricité
Le phénomène appelé électricité n’est en réalité rien de plus que le mouvement de des électrons à travers une sorte de support physique ou matériel.
Vous ne pensez peut-être pas à l'air en tant que matériau, mais en fait à un air riche en molécules diverses que vous ne pouvez pas voir, dont beaucoup peuvent et participent au flux électrique. Vous ne pouvez clairement pas voir les électrons, alors si vous croyez en l'électricité, vous devriez croire que des choses étonnamment petites jouent un rôle énorme dans le comportement des matériaux de tous les jours!
Différents matériaux permettent ce passage des électrons - et avec eux, de leurs charges électriques - à des degrés différents selon leurs structures moléculaires et atomiques individuelles. Moins il y a de collisions avec d'autres objets minuscules en compressant des électrons, plus elles sont facilement transmises à travers la matière en question.
L’équation générale du courant est la suivante: I = V / R, où je le courant circule-t-il en ampères, V est la différence de potentiel électrique en volts ("tension") et R est la résistance en ohms. La résistance est liée à la conductivité, comme vous l'apprendrez bientôt.
Qu'est-ce que la conductivité?
Conductivité, ou plus formellement conductance électrique, est une mesure mathématique de la capacité d'un matériau à conduire l'électricité. Il est représenté par la lettre grecque sigma (σ) et son unité SI (système métrique) est le siemens par mètre (S / m).
La conductivité est juste la réciproque mathématique de résistivité. La résistivité est représentée par la petite lettre grecque rho (ρ) et est mesurée en ohm-mètres (Ωm), ce qui signifie que le S / m peut également être décrit comme un ohmmètre réciproque (1 / Ωm ou Ωm-1). Par extension, vous pouvez voir qu'un siemen est l'inverse d'un ohm. Puisque diriger quelque chose de long dans le monde réel est le contraire de résister son passage, cela a un sens physique.
La conductivité d'un matériau est une propriété intrinsèque de ce matériau et n'a aucun lien avec la façon dont un circuit ou un autre système est assemblé, ce qui est pris en compte par "au mètre" dans l'unité Siemens. Elle est liée à la résistance d’un matériau, souvent un fil dans des problèmes de physique impliquant ces situations, par l’expression R = ρL / A où L est la longueur si le fil en m et UNE sa section transversale en m2.
Conductivité vs conductance
Comme indiqué précédemment, la conductivité ne dépend pas de la configuration expérimentale et reflète simplement la manière dont un matériau donné (solide, liquide ou gazeux) "est". Certains matériaux font naturellement des conducteurs forts (et donc des résistances médiocres), tandis que d'autres peuvent ne conduire que faiblement ou pas du tout et constituer de bonnes résistances (ou isolants électriques).
Avec un circuit électrique, vous pouvez manipuler la configuration de manière à obtenir le niveau de courant souhaité, quelle que soit la combinaison d'éléments de résistance que vous incluez. C'est pourquoi la résistance est désignée R et n'a pas de longueur dans ses unités; c'est une mesure des propriétés d'un système, pas celle d'un matériau. En conséquence, conductance (symbolisé par la lettre g et mesuré en siemens) fonctionne de la même manière. Mais c'est normalement plus pratique à utiliser R ou ρ que d'aller avec g ou σ.
Par analogie, considérons que l’entraîneur d’une équipe de football peut changer la force et la vitesse de ses joueurs, mais qu’en fin de compte, chaque équipe de football existante a les mêmes contraintes essentielles: 11 joueurs humains à un camp, différents dans leur apparence physique. capacités mais ayant les mêmes propriétés de base.
Conductance électrique et eau: un aperçu
La chose la plus choquante que vous apprendrez dans cet article (et pas seulement un jeu de mots, honnête!), C'est que l'eau, à proprement parler, est un conducteur d'électricité terrible. C'est-à-dire pur H2O (hydrogène et oxygène dans un rapport 2: 1) ne conduit pas l'électricité.
Comme vous l'avez sans doute déjà conclu, cela signifie que la rencontre d'une eau véritablement pure est quelque chose qui, fondamentalement, ne se produit jamais. Même en laboratoire, il est facile pour les ions (particules chargées) de se "faufiler" dans de l'eau condensée à partir de vapeur pure, c'est-à-dire distillée.
L'eau des tuyaux et directement de sources naturelles est invariablement riche en impuretés telles que des minéraux, des produits chimiques et diverses substances dissoutes. Ce n'est pas nécessairement une mauvaise chose, bien sûr; tout ce sel dans l'eau de mer, par exemple, le rend légèrement plus facile à flotter dans la mer si c'est votre jeu.
En fait, le sel de table (chlorure de sodium ou NaCl) est l’une des substances les mieux connues qui peut priver l’eau de ses propriétés isolantes lorsqu’elle est dissoute dans H2O.
Importance de la conductivité dans l'eau
La conductivité de l’eau dans les rivières américaines varie largement, allant d’environ 50 à 1 500 µS / cm. Les cours d’eau douce intérieurs permettant aux poissons de se développer ont généralement entre 150 et 500 µS / cm. Une conductivité plus élevée ou plus faible peut indiquer que l'eau ne convient pas à certaines espèces de poissons ou de macroinvertébrés. Les eaux industrielles peuvent atteindre 10 000 µS / cm.
La conductivité est une mesure indirecte, par exemple, de la qualité de l'eau des cours d'eau. Chaque voie navigable dispose d'une plage relativement constante qui peut être utilisée comme norme de base de conductivité de l'eau potable. Des évaluations de conductivité régulières effectuées à l'aide d'un conductivité de l'eau. Des changements majeurs dans la conductivité pourraient signaler la nécessité d'un effort de nettoyage.
Conductivité thermique
Cet article traite clairement de la conductivité électrique. En physique, cependant, vous êtes susceptible d'entendre parler de la conduction de la chaleur, ce qui est un peu différent car la chaleur est mesurée en énergie alors que l'électricité, qui peut fournir de l'énergie, ne l'est pas.
Les modifications de la conductivité thermique d'un matériau ont tendance à être parallèles à celles de sa conductivité électrique, même si elles ne sont généralement pas à la même échelle. Une propriété intéressante des matériaux est que, bien que la plupart d’entre eux deviennent des conducteurs plus pauvres à mesure qu’ils sont chauffés (les particules sifflent de plus en plus rapidement à mesure que la température monte, elles sont plus susceptibles d’interférer avec les électrons), ce qui n’est pas le cas d’une classe de matériaux appelés semi-conducteurs.