Proč měď vede elektřinu lépe než voda? Po přečtení tohoto článku si již tuto otázku nebudete klást. Dále budeme diskutovat o elektrické vodivosti a zvážíme vzorce, které tento koncept popisují. Nakonec si své znalosti můžete ověřit na dvou příkladech.
Jednoduché vysvětlení.
Elektrická vodivost je fyzikální veličina, která popisuje, jak dobře určitý materiál vede elektřinu.
vzorec
Existují tři různé vzorce pro elektrickou vodivost: σ (řecká sigma), k (kappa) a γ (gama). V následujícím budeme používat σ. Vzorec pro elektrickou vodivost, také nazývaný elektrická vodivost, je popsán vzorcem:
σ = 1/ρ .
Zde ρ tzv. rezistivita. Elektrický odpor R vodiče můžete vypočítat podle jeho parametrů takto: R = (ρ * l) / S .
Odpor R se tedy rovná měrnému odporu ρ, vynásobenému délkou vodiče l, dělené plochou průřezu S. Pokud nyní chcete vyjádřit tento vzorec pomocí elektrické vodivosti σ = 1/ρ, je užitečné vědět, že elektrická vodivost G vodiče je vyjádřena takto: G = 1/R .
Dosadíme-li do horního vzorce měrnou elektrickou vodivost σ a elektrickou vodivost G, dostaneme: 1 / G = (1 / σ) * (l / S).
Další transformací můžeme získat výraz: G = σ * S / l .
Elektrická vodivost může také popsat důležitý vztah mezi hustotou elektrického proudu a intenzitou elektrického pole pomocí výrazu: J = σ * E.
Jednotka
Jednotka SI elektrické vodivosti σ je: [σ] = 1 S/m (Siemens na metr).
Tyto jednotky jsou definovány vzorcem G = σ * S / l. Pokud tento vzorec vyřešíme v souladu s σ, dostaneme σ = G * l / S .
Jednotka elektrické vodivosti G je dána jako: [G] = 1 / σ = 1 Sm (Siemens, mezinárodní označení: S).
Pokud nyní do vzorce zadáme všechny měrné jednotky, dostaneme:
[σ] = 1 cm x 1 m/m2 = 1 cm/m .
Budete také pravděpodobněji používat jednotky cm/cm, m/ohm*mm2 nebo cm*m/mm2. Jednotlivé měřené veličiny můžete převádět takto: cm / cm = cm / 10 -2 m a tedy: m / ohm * mm 2 = cm * m / mm 2 = cm * m / 10 -3 m * 10 -3 m = 10 cm/m.
Elektrická vodivost kovů
V závislosti na počtu volně se pohybujících elektronů vede jeden materiál lépe než druhý. V zásadě je vodivý jakýkoli materiál, ale například v izolantech je tok elektrického proudu zanedbatelný, takže zde mluvíme o nevodičích.
V kovových vazbách jsou valenční elektrony, tzn. Nejvzdálenější elektrony v atomu jsou volně pohyblivé. Jsou umístěny v tzv. vodivém pásmu. Elektrony tam umístěné tvoří tzv. elektronový plyn. V souladu s tím jsou kovy relativně dobrými vodiči. Pokud nyní aplikujete elektrické napětí na kov, valenční elektrony se pomalu pohybují směrem ke kladnému pólu, protože je přitahuje.
Obrázek 1 ukazuje, že některé elektrony nelze přitahovat přímo ke kladnému pólu, protože pevné atomové jádro stojí takříkajíc v cestě. Tam se do určité míry zpomalí a vychýlí. To je důvod, proč se elektrony nemohou v kovu donekonečna urychlovat, a tak vzniká rezistivita nebo elektrická vodivost.
Nyní můžete také měřit elektrickou vodivost v kovu pomocí následujícího vzorce: σ = (n * e 2 * τ) / m.
V tomto vzorci je n počet elektronů, e je náboj elektronu, m je hmotnost elektronu a τ je průměrná doba letu elektronu mezi dvěma srážkami.
Tabulka elektrické vodivosti
U většiny látek jsou již známy hodnoty měrné elektrické vodivosti. Některé z nich najdete v následující tabulce níže. Všechny hodnoty v této tabulce jsou platné při pokojové teplotě, tzn. 25 °C.
| Látka | Elektrická vodivost v S/m |
| Stříbro | 62 10 6 |
| Měď | 58 10 6 |
| Zlato | 45,2 10 6 |
| Hliník | 37,7 10 6 |
| Wolfram | 19 10 6 |
| Mosaz | 15,5 10 6 |
| Železo | 9,93 10 6 |
| Nerezová ocel (WNr. 1,4301) | 1,36 10 6 |
| Germanium (doping |
Tabulka elektrické vodivosti některých látek při teplotě 25 °C
Elektrická vodivost je vysoce závislá na teplotě, takže uvedené hodnoty jsou použitelné pouze při 25 °C. S rostoucí teplotou se vibrace mřížky v látce zvyšují. To narušuje tok elektronů, a proto elektrická vodivost klesá s rostoucí teplotou.
Z tabulky vyplývá, že měď má druhou nejvyšší elektrickou vodivost, proto se v elektrotechnice velmi často používají měděné kabely. Stříbro má ještě vyšší vodivost, ale je mnohem dražší než měď.
Zajímavé je i srovnání mořské a destilované vody. Zde dochází k elektrické vodivosti v důsledku iontů rozpuštěných ve vodě. Mořská voda má velmi vysoký podíl soli, která se ve vodě rozpouští. Tyto ionty přenášejí elektrický proud. Destilovaná voda nemá rozpuštěné ionty, takže v ní nemůže téct prakticky žádný elektrický proud. Proto je elektrická vodivost mořské vody mnohem vyšší než vodivost destilované vody.
Příklady úkolů
Pro podrobnější pohled uvádíme dva příklady výpočtů.
V prvním problému si představte, že máte drát o délce 2 m s průřezem 0,5 mm2. Elektrický odpor drátu při pokojové teplotě je 106 mOhm. Z jakého materiálu je drát?
Řešení tohoto problému lze nalézt pomocí vzorce: R = ( 1 / σ ) * ( l / S ). Z tohoto vzorce najdeme σ = l / (S * R) .
Nyní můžete vložit dané hodnoty a ujistěte se, že jste převedli průřez na m2.
a = l/(S*R) = 2 m/((0,5*10-6 m2)* (1/106*10-3 Ohm)) = 37*7 S/m.
Nakonec se podíváte do tabulky, který materiál má měrnou elektrickou vodivost σ = 37 * 7 10 S/m a dojdete k závěru, že drát je vyroben z hliníku.
V úloze 2 je uveden pouze měrný odpor vzorku 735 * 10 -9 Ohm * m. Z jakého materiálu je vzorek vyroben?
Můžete použít vzorec σ = 1/ρ pro výpočet elektrické vodivosti. Po dosazení hodnot do tohoto vzorce získáte: σ = 1 / ρ = 1 / 735 * 10 -9 Ohm * m = 1,36 * 10 6 Sm / m.
Když se znovu podíváte na tabulku, zjistíte, že vzorek musí být vyroben z nerezové oceli.
Abstrakt vědeckého článku o vědách o Zemi a příbuzných vědách o životním prostředí, autorka vědecké práce – Alena Andreevna Karmanova
Specifická elektrická vodivost půdy (nebo jednoduše elektrická vodivost) je ukazatel, který koreluje s vlastnostmi půdy, které ovlivňují produktivitu pěstovaných plodin. Hovoříme o půdní struktuře, půdní katexové kapacitě (CEC), drenážním systému, hladinách organické hmoty, salinitě a dalších charakteristikách podloží. Hodnoty elektrické vodivosti nejen ukazují rozdíly ve struktuře půdy, ale úzce souvisejí i s dalšími vlastnostmi půdy používanými ke stanovení produktivity půdy. Suché oblasti mají obvykle znatelné rozdíly ve struktuře půdy od oblastí, kde je dostatek vody. A to lze určit pomocí elektrické vodivosti.
i Už vás nebaví bannery? Reklamu můžete vždy vypnout.
Podobná témata vědecké práce o vědách o Zemi a příbuzných vědách o životním prostředí, autorka vědecké práce – Alena Andreevna Karmanova
Nová metoda pro fotometrické stanovení skandia (III) v kaspické světlé kaštanové půdě s bis-(2,3,4-trihydroxyfenylazo)benzidinem v přítomnosti diantipyrylmethanu a jeho homologů
Multifaktorový model spotřeby energie linky na výrobu řeziva
Studie vlivu plazmatu na vlastnosti rozptýlených médií s organickými předměty
O elektrické vodivosti půdy v moderním výzkumu
Optimální strategie pro výběr vzorků půdy na základě údajů o elektrické vodivosti technosolů
i Nemůžete najít, co potřebujete? Vyzkoušejte službu výběru literatury.
i Už vás nebaví bannery? Reklamu můžete vždy vypnout.
STANOVENÍ ELEKTRICKÉ VODIVOSTI A CELKOVÁ MINERALIZACE PŮD V ARCHANGELSKU
Specifická elektrická vodivost půdy (nebo jednoduše elektrická vodivost) je ukazatel, který koreluje s vlastnostmi půdy, které ovlivňují produktivitu plodin. Jedná se o půdní strukturu, kapacitu výměny kationtů půdy (CEC), drenážní systém, úrovně organické hmoty, salinitu a další charakteristiky podloží. Hodnoty vodivosti nejen indikují rozdíly ve struktuře půdy, ale úzce souvisí také s dalšími vlastnostmi půdy používanými k určení produktivity půdy. Suché oblasti mají obvykle výrazné rozdíly ve struktuře půdy od oblastí s dostatkem vody. A to lze určit pomocí elektrické vodivosti.
Text vědecké práce na téma „STANOVENÍ ELEKTRICKÉ VODIVOSTI A CELKOVÁ MINERALIZACE PŮD V ARCHANGELSKU“
Stanovení elektrické vodivosti a celkové mineralizace půd v Archangelsku
Karmanová Alena Andrejevna,
Severní (arktická) federální univerzita pojmenovaná po M.V. Lomonosov, Archangelsk
Karmanová A.A. karmanovaalyonka@gmail.com
Anotace. Půdní specifická elektrická vodivost (nebo jednoduše elektrická vodivost) je indikátor, který koreluje s vlastnostmi půdy, které ovlivňují produktivitu pěstovaných plodin. Patří mezi ně struktura půdy, kapacita výměny kationtů půdy (CEC), drenážní systém, úrovně organické hmoty, salinita a další charakteristiky podloží.
Hodnoty elektrické vodivosti nejen ukazují rozdíly ve struktuře půdy, ale úzce souvisejí i s dalšími vlastnostmi půdy používanými ke stanovení produktivity půdy. Suché oblasti mají obvykle znatelné rozdíly ve struktuře půdy od oblastí, kde je dostatek vody. A to lze určit pomocí elektrické vodivosti.
Souhrn. Specifická elektrická vodivost půdy (nebo jednoduše elektrická vodivost) je ukazatel, který koreluje s vlastnostmi půdy, které ovlivňují produktivitu plodin. Jedná se o půdní strukturu, kapacitu výměny kationtů půdy (CEC), drenážní systém, úrovně organické hmoty, salinitu a další charakteristiky podloží.
Hodnoty vodivosti nejen indikují rozdíly ve struktuře půdy, ale úzce souvisí také s dalšími vlastnostmi půdy používanými k určení produktivity půdy. Suché oblasti mají obvykle výrazné rozdíly ve struktuře půdy od oblastí s dostatkem vody. A to lze určit pomocí elektrické vodivosti.
Klíčová slova: půda, elektrická vodivost, mineralizace, Archangelsk. Klíčová slova: půda, elektrická vodivost, mineralizace, Archangelsk.
Úvod. Půda se skládá z živých a neživých složek, které existují ve složitém a heterogenním prostředí. Mikroorganismy v půdě jsou zodpovědné především za cirkulaci určitých živin, a proto hrají zásadní roli při udržování úrodnosti půdy. Jedním z nejdůležitějších bakteriálních procesů v půdě je mineralizace dusíku nacházejícího se v organických formách na amonium (amonifikace) a poté na dusitany a dusičnany (nitrifikace). Je zřejmé, že jakýkoli dlouhodobý dopad na tento proces může ovlivnit úrodnost půdy.
V této normě jsou za hodnotami objemové jednotky (ml) a hodnotami koncentrační jednotky (mol/l) uvedenými v mezinárodním dokumentu navíc v závorkách uvedeny hodnoty objemové jednotky (cm ) a hodnoty jednotky koncentrace (mol/dm), přepočtené v souladu s jednotkami stanovenými v mezistátních normách.
Elektrická vodivost je vlastnost materiálu propouštět (vodit) elektrický proud, měřeno v siemens na metr (S/m) nebo milisiemens na metr (mS/m). Elektrickou vodivost půdy lze také vyjádřit v decisiemenech (dS/m). Elektrická vodivost se stanovuje pomocí měřiče vodivosti.
Účel vědecké práce: analýza půdních vzorků na specifickou elektrickou vodivost a obecnou mineralizaci.
Cíle vědecké práce jsou následující:
— provádět odběr vzorků a přípravu vzorků půdy v určitých oblastech;
— použít metodologii pro stanovení specifické elektrické vodivosti a pH;
— provést chemický experiment a analyzovat výsledky.
Odběr vzorků půdy a příprava vzorků
Pro odběr vzorků bylo zřízeno 10 vzorkovacích míst na území Archangelska. Vzorky byly odebírány z prvního horizontu.
Místa odběru vzorků se nacházejí na následujících adresách:
– P. Katunino (kontrola) – za vesnicí;
– Svatý. Lomonosová, 3;
— Nábřeží Severní Dviny, 14;
— Obvodný kanál (roh od ulice Rosy Luxemburgové);
– Svatý. Serafimovič (roh s Troitsky Avenue);
– Svatý. Pomorská, 54 let;
– Svatý. Karla Marksa, č. 2;
– Svatý. Badigina (roh s ulicí Rosinga);
– Svatý. 23. strážní divize;
— Park Lomonosov (nedaleko kavárny Přátelství).
Výběr proběhl v září 2020. Velikost položených ploch byla 1 x 1 m. Na místě bylo položeno obálkovou metodou 5 bodů, z každého byl odebrán vzorek o hmotnosti 200 g (jeden horizont) a následně byly promíchány. Z jednoho vzorkovacího pozemku byl tedy odebrán 1 kg půdy na horizont. Vybrané vzorky byly umístěny do plastových sáčků a ponechány uschnout na vzduchu při pokojové teplotě.
Po vysušení vzorků do požadovaného stavu byla provedena počáteční příprava vzorku. Ta spočívala v drcení a prosévání zeminy přes síta o průměru 2 a 1 mm. Ze vzorku byly tedy odstraněny kořeny rostlin, kameny a jiné nečistoty a vzorek byl zcela homogenizován.
Chemický experiment a analýza výsledků Sběr půdy pro studii byl proveden na 10 místech ve městě Archangelsk a jeho předměstích. Půda byla vysušena, byly připraveny vodné roztoky a přefiltrovány. Celá tato příprava byla potřeba pro měření na přístrojích.
Specifická elektrická vodivost extraktu půdní vody pomocí konduktometru se vypočítá pomocí vzorce (1):
kde a je naměřená elektrická vodivost digestoře, mS; C je konstanta konduktometrické cely (senzoru), cm;
k je teplotní korekční koeficient pro přivedení elektrické vodivosti naměřené při dané teplotě na 25 °C, zjištěný z tabulky. Konstanta snímače se vypočítá pomocí vzorce (2):
kde 1 je měrná elektrická vodivost roztoku chloridu draselného, koncentrace 411 mol/dm;
a – Naměřená elektrická vodivost chloridu draselného; k je korekční koeficient (c0= 20°^- k = 1,118). A) Vypočítejme konstantu:
B) Vypočítejme měrnou elektrickou vodivost:
1) Pozorování Severní Dviny, 14:
X± = 4,7 x 0,054 x 1,118 = = 0,284 mS/cm.
2) Serafimovič roh Troitsky Avenue:
X2 = 38,2 * 0,054 * 1,118 = 2,306 mS/cm.
3) Lomonosov park (u kavárny Přátelství) 2. horizont:
X3 = 122,5 * 0,054 * 1,118 = 7,395 mS/cm.
4) 23. strážní divize:
X4 = 5,6 x 0,054 x 1,118 = 0,338 mS/cm. X5 = 4,6 * 0,054 * 1,118 = 0,277 mS/cm
6) Obvodny Canal/Rosa Luxemburg:
X6 = 4,4 * 0/054 * 1,118 = 0,265 mS/cm.
= 8,7 x 0,054 x 1,118 = 0,525 mS/cm.
8) Sv. Badigina (roh s ulicí Rosinga):
X8 = 3,8 * 0,054 * 1,118 = 0,229 mS/cm.
9) Bělomorská, 54 let:
X9 = 15,9 * 0,054 * 1,118 = 0,959 mS/cm 10) Karl Marx, 2:
Xla = 1 * 172,8 * 0,054 = 1,118 mS/cm. X±10,432 = 1 * 23,6 * 0,054 = 1,118 mS/cm.
Údaje o pH jsou uvedeny v tabulce 1.
Tabulka I – údaje o pH
Nábřeží Severní Dviny, 14 7,25 7,25 7,24 7,25
Svatý. Serafimovič (roh s Troitsky Avenue) 7,22 1,2 7,23 7,22
Svatý. 23 strážní divize 7,34 7,32 7,34 7,33
Svatý. Lomonosová, 3 7,3 7,3 7,31 7,3
Obvodný kanál (pozemek z ulice Rosa Luxemburg) 7,25 7,24 7,25 7,24
P. Katushsho (kontrola) – mimo obec 7,24 7,23 7,23 7,23
Svatý. Badigpsh (roh s ulicí Roznga) 7,15 7,15 7,16 7,16
Svatý. Pomorskaya, d. 54 7,13 7,15 7,13 7,13
Svatý. Karel Marx, d. 2 7,38 7,4 7,39 7,39
Když se pH a vodivost půdy vzájemně ovlivňují, dějí se zajímavé věci. pH vaší půdy vám říká, jak je alkalická nebo kyselá, což může ovlivnit výsledky vodivosti. pH také měří ionty, ale velmi specifickým způsobem. Kladně nabité vodíkové ionty způsobují, že látka je kyselejší, zatímco záporně nabité hydroxylové ionty způsobují, že látka je zásaditější. Protože tyto ionty nesou náboje, mohou také přenášet elektřinu. Čím více iontů, tím vyšší je elektrická vodivost. Čím je tedy vaše půda kyselejší nebo zásaditější, tím vyšší je EC. A naopak, čím blíže je pH neutrální, tím méně ovlivní elektrickou vodivost půdy. Čím nižší je elektrická vodivost v půdě, tím nižší je výnos v půdě a tedy naopak, čím vyšší elektrická vodivost, tím vyšší a
produktivita půdy. Na základě výsledků výpočtu měrné elektrické vodivosti z bodu 2 můžeme říci, že nejúrodnější pozemky jsou v oblastech Karla Marxe 2, Lomonosova parku (2 horizonty) a oblasti na ulici Serafimovich na rohu Trojické třídy. .
1. GOST 26423-85 Půdy. Metody stanovení měrné elektrické vodivosti, pH a hustého zbytku vodného extraktu – Úvod. 1986-01-01. – M.: Standartinform, 2008. -8 s.
2. Měření elektrické vodivosti půdy [Elektronický zdroj]. — Režim přístupu: http://aqua-lab.rf/Іog/post/37-izmereshe-elektropшvodnosti-pochvy- (Datum přístupu: 28.09.2020).
3. M.G. Subbotina Co nám říká měrná elektrická vodivost půdy [Text] / M.G. Subbotina // Permský agrární bulletin – 2013 – č. 3. – P 28-33
