Contenido
- Conceptos básicos de electricidad
- ¿Qué es la conductividad?
- Conductividad vs. Conductancia
- Conductancia eléctrica y agua: una visión general
- Importancia de la conductividad en el agua
- Conductividad térmica
Cualquiera que pase mucho tiempo alrededor de una piscina descubre rápidamente que las personas generalmente están muy preocupadas por tener dispositivos eléctricos cerca del agua, sobre todo si están enchufados.
Esto es cierto, de hecho, en la mayoría de las situaciones donde existe un depósito suficiente de agua cerca de los flujos de corriente eléctrica conocidos. Gracias a la conductividad del agua, el crimen diabólico de "tostadora en la bañera" es un cliché muy querido en las historias de misterio y asesinatos de la vieja escuela.
El punto aquí no es que pueda lastimarse con electricidad, aunque eso siempre es vital a tener en cuenta; es que los adultos más alertas, y para el caso los niños de secundaria, deben evitar mezclar el agua con la corriente en cualquier forma, ya sea que sepan física o no. (De hecho, persisten algunas ideas excesivamente cautelosas, como la idea de que es probable que se sorprenda si toca un interruptor de luz de plástico cuando tiene los dedos mojados).
Más importante por el momento es la cuestión de cómo "fluye" la electricidad al menos en algunos líquidos cuando al menos algunos los sólidos pueden contenerlo. ¿Es solo el agua que interactúa con la electricidad de esta manera? ¿Qué pasa con la leche o el jugo derramado? Y más generalmente, qué propiedades de la materia contribuyen al valor de su conductividad?
Conceptos básicos de electricidad
El fenómeno conocido como electricidad no es más que el movimiento de electrones a través de algún tipo de medio físico o material.
Puede que no pienses en el aire como un material, pero de hecho, es rico en varias moléculas que no puedes ver, muchas de las cuales pueden participar en el flujo eléctrico. Claramente no puedes ver los electrones, así que si crees en la electricidad, ¡debes creer que las cosas asombrosamente pequeñas juegan un papel muy importante en el comportamiento de los materiales cotidianos!
Diferentes materiales permiten este paso de electrones, y con ellos, sus cargas eléctricas, en diferentes grados dependiendo de sus estructuras moleculares y atómicas individuales. Cuantas menos colisiones con otros pequeños objetos experimentados al comprimir electrones, más fácilmente se transmiten a través del asunto en cuestión.
La ecuación general para el flujo de corriente es I = V / R dónde yo es el flujo de corriente en amperios, V es la diferencia de potencial eléctrico en voltios ("voltaje") y R es la resistencia en ohmios La resistencia está relacionada con la conductividad, como pronto aprenderá.
¿Qué es la conductividad?
Conductividad, o más formalmente conductancia eléctrica, es una medida matemática de la capacidad de los materiales para conducir electricidad. Está representado por la letra griega sigma (σ) y su unidad SI (sistema métrico) es la siemens por metro (S / m).
La conductividad es solo el recíproco matemático de resistividad. La resistividad está representada por la letra griega pequeña rho (ρ) y se mide en ohm-metros (Ωm), lo que significa que el S / m también se puede describir como un ohmímetro recíproco (1 / Ωm o Ωm-1) Por extensión, puedes ver que un siemen es el recíproco de un ohm. Ya que conductible algo en el mundo real es lo contrario de resistiendo su paso, esto tiene sentido físico.
La conductividad de un material es una propiedad intrínseca de ese material y no está relacionada con la forma en que se ensambla un circuito u otro sistema, lo que se explica por el "por metro" en la unidad siemens. Está relacionado con la resistencia de un material, a menudo un cable en problemas de física que involucran estas situaciones, por la expresión R = ρL / A dónde L es la longitud si el cable en my UNA su área transversal en m2.
Conductividad vs. Conductancia
Como se señaló, la conductividad no depende de la configuración experimental y es solo un reflejo de cómo "es" un material dado (sólido, líquido o gaseoso). Algunos materiales, naturalmente, son conductores fuertes (y, por lo tanto, resistencias deficientes), mientras que otros pueden conducir la electricidad débilmente o no tener nada, y son buenos resistores (o aislantes eléctricos).
Con un circuito eléctrico, puede manipular la configuración para que pueda obtener el nivel de corriente que desee dada la combinación de elementos de resistencia que incluya. Por eso se designa resistencia R y no tiene longitud en sus unidades; es una medida de las propiedades de un sistema, no la de un material. En consecuencia, conductancia (simbolizado por la letra sol y medido en siemens) funciona de la misma manera. Pero normalmente es más conveniente de usar R o ρ de lo que es ir con sol o σ.
Como analogía, considere que el entrenador de un equipo de fútbol puede cambiar la fuerza y la velocidad de sus jugadores individuales, pero al final, cada equipo de fútbol en existencia tiene las mismas limitaciones esenciales: 11 jugadores humanos a un lado, que varían en su físico capacidades pero que tienen las mismas propiedades básicas.
Conductancia eléctrica y agua: una visión general
Lo más sorprendente que aprenderá en este artículo (¡y eso no es solo un juego de palabras, honestamente!) Es que el agua, estrictamente hablando, es un terrible conductor de electricidad. Es decir, puro H2O (hidrógeno y oxígeno en una proporción de 2: 1) no conduce electricidad.
Como sin duda ya ha concluido, esto significa que el encuentro con agua verdaderamente pura es algo que esencialmente nunca sucede. Incluso en un entorno de laboratorio, es fácil para los iones (partículas cargadas) "colarse" en agua condensada por vapor puro, es decir, destilada.
El agua de las tuberías y directamente de fuentes naturales es invariablemente rica en impurezas como minerales, productos químicos y una variedad de sustancias disueltas. Esto no es necesariamente algo malo, por supuesto; toda esa sal en el agua del océano, por ejemplo, hace que sea un poco más fácil flotar en el mar si ese es tu juego.
De hecho, la sal de mesa (cloruro de sodio o NaCl) es una de las sustancias más conocidas que pueden privar al agua de sus propiedades aislantes cuando se disuelve en H2O.
Importancia de la conductividad en el agua
La conductividad del agua en los ríos de EE. UU. Varía ampliamente, de aproximadamente 50 a 1,500 µS / cm. Las corrientes de agua dulce tierra adentro que permiten que los peces prosperen tienden a tener entre 150 y 500 µS / cm. Una conductividad más alta o más baja puede indicar que el agua no es adecuada para ciertas especies de peces o macroinvertebrados. Las aguas industriales pueden variar hasta 10.000 µS / cm.
La conductividad es una medida indirecta de, por ejemplo, la calidad del agua del arroyo. Cada vía fluvial cuenta con un rango relativamente constante que puede usarse como conductividad de referencia del estándar de agua potable. Evaluaciones de conductividad periódicas realizadas utilizando un medidor de conductividad del agua. Los cambios importantes en la conductividad podrían indicar la necesidad de un esfuerzo de limpieza.
Conductividad térmica
Este artículo es claramente sobre conductividad eléctrica. Sin embargo, en física, es probable que escuche sobre la conducción del calor, que es un poco diferente porque el calor se mide en energía, mientras que la electricidad, que puede proporcionar energía, no lo es.
Los cambios en la conductividad térmica de un material tienden a ser paralelos a su conductividad eléctrica, aunque generalmente no en la misma escala. Una propiedad interesante de los materiales es que, si bien la mayoría de ellos se convierten en conductores más pobres a medida que se calientan (a medida que las partículas se mueven cada vez más rápido a medida que sube la temperatura, es más probable que "interfieran" con los electrones), esto no es cierto para una clase de materiales llamados semiconductores.