ცარცის ელექტრული გამტარობა. ელექტრო გამტარობის

ლითონების ელექტრონული გამტარობა პირველად ექსპერიმენტულად დაამტკიცა გერმანელმა ფიზიკოსმა ე. რიკემ 1901 წელს. სამი გაპრიალებული ცილინდრით მჭიდროდ დაჭერილი ერთმანეთზე - სპილენძი, ალუმინი და ისევ სპილენძი - ელექტრული დენი გადიოდა დიდი ხნის განმავლობაში (ერთი წლის განმავლობაში). . მთლიანი მუხტი, რომელიც გავიდა ამ დროის განმავლობაში, უდრის 3,5·10 6 C-ს. ვინაიდან სპილენძის და ალუმინის ატომების მასები მნიშვნელოვნად განსხვავდება ერთმანეთისგან, ცილინდრების მასები შესამჩნევად უნდა შეიცვალოს, თუ მუხტის მატარებლები იონები იყვნენ.

ექსპერიმენტების შედეგებმა აჩვენა, რომ თითოეული ცილინდრის მასა უცვლელი დარჩა. კონტაქტურ ზედაპირებში მხოლოდ ლითონების ურთიერთშეღწევის უმნიშვნელო კვალი აღმოჩნდა, რაც არ აღემატებოდა მყარ სხეულებში ატომების ჩვეული დიფუზიის შედეგებს. შესაბამისად, ლითონებში თავისუფალი მუხტის მატარებლები არიან არა იონები, არამედ ნაწილაკები, რომლებიც ერთნაირია როგორც სპილენძში, ასევე ალუმინში. მხოლოდ ელექტრონები შეიძლება იყვნენ ასეთი ნაწილაკები.

ამ ვარაუდის მართებულობის პირდაპირი და დამაჯერებელი მტკიცებულება იქნა მიღებული 1913 წელს L. I. Mandelstam-ისა და N. D. Papalexi-ის და 1916 წელს T. Stuart-ისა და R. Tolman-ის მიერ ჩატარებულ ექსპერიმენტებში.

ხვეულზე დახვეულია მავთული, რომლის ბოლოები ერთმანეთისგან იზოლირებულ ორ მეტალის დისკზეა შედუღებული (სურ. 1). გალვანომეტრი მიმაგრებულია დისკების ბოლოებზე მოცურების კონტაქტების გამოყენებით.

ხვეული მოჰყავთ სწრაფ ბრუნვაში, შემდეგ კი მოულოდნელად ჩერდება. კოჭის მკვეთრი გაჩერების შემდეგ თავისუფალი დამუხტული ნაწილაკები გარკვეული დროით ინერციით გადაადგილდებიან გამტარის გასწვრივ და, შესაბამისად, ხვეულში გაჩნდება ელექტრული დენი. დენი იარსებებს მცირე ხნით, რადგან გამტარის წინააღმდეგობის გამო დამუხტული ნაწილაკები შენელდება და ნაწილაკების მოწესრიგებული მოძრაობა ჩერდება.

დენის მიმართულება მიუთითებს იმაზე, რომ იგი იქმნება უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკების მოძრაობით. ამ შემთხვევაში გადატანილი მუხტი პროპორციულია იმ ნაწილაკების მუხტის თანაფარდობისა, რომლებიც ქმნიან დენს მათ მასასთან, ე.ი. . ამიტომ წრეში დენის არსებობის მთელი დროის განმავლობაში გალვანომეტრზე გამავალი მუხტის გაზომვით შესაძლებელი გახდა თანაფარდობის დადგენა. ტოლი აღმოჩნდა 1,8·10 11 ც/კგ. ეს მნიშვნელობა ემთხვევა ელექტრონის მუხტის თანაფარდობას მის მასასთან, რომელიც ადრე სხვა ექსპერიმენტებიდან იქნა ნაპოვნი.

ამრიგად, მეტალებში ელექტრული დენი იქმნება უარყოფითად დამუხტული ელექტრონის ნაწილაკების მოძრაობით. ლითონების გამტარობის კლასიკური ელექტრონული თეორიის მიხედვით (P. Drude, 1900, H. Lorenz, 1904), ლითონის გამტარი შეიძლება მივიჩნიოთ, როგორც ორი ქვესისტემის კომბინაციის ფიზიკური სისტემა:

თავისუფალი ელექტრონები კონცენტრაციით ~ 10 28 მ -3 და
დადებითად დამუხტული იონები ვიბრირებენ წონასწორობის პოზიციის გარშემო.

თავისუფალი ელექტრონების გამოჩენა კრისტალში შეიძლება აიხსნას შემდეგნაირად.

როდესაც ატომები მეტალის კრისტალში გაერთიანდებიან, ატომის ბირთვთან ყველაზე სუსტად შეკრული გარე ელექტრონები შორდებიან ატომებს (ნახ. 2). ამრიგად, დადებითი იონები განლაგებულია ლითონის კრისტალური ბადის კვანძებში, ხოლო ელექტრონები, რომლებიც არ არიან დაკავშირებული მათი ატომების ბირთვებთან, მოძრაობენ მათ შორის სივრცეში. ამ ელექტრონებს ე.წ უფასოან გამტარობის ელექტრონები. ისინი ასრულებენ ქაოტურ მოძრაობას, გაზის მოლეკულების მოძრაობის მსგავსი. მაშასადამე, მეტალებში თავისუფალი ელექტრონების მთლიანობას უწოდებენ ელექტრონული გაზი.

თუ გარე ელექტრული ველი გამოიყენება დირიჟორზე, მაშინ მიმართული მოძრაობა ედება თავისუფალი ელექტრონების შემთხვევით ქაოტურ მოძრაობას ელექტრული ველის ძალების გავლენის ქვეშ, რაც წარმოქმნის ელექტრულ დენს. თავად ელექტრონების გადაადგილების სიჩქარე გამტარში არის მილიმეტრის რამდენიმე ფრაქცია წამში, თუმცა, გამტარში წარმოქმნილი ელექტრული ველი ვრცელდება გამტარის მთელ სიგრძეზე ვაკუუმში სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით ( 3 10 8 მ/წმ).

ვინაიდან ლითონებში ელექტრული დენი წარმოიქმნება თავისუფალი ელექტრონებით, ლითონის გამტარებლების გამტარობა ეწოდება ელექტრონული გამტარობა.

ელექტრონები ელექტრული ველიდან მოქმედი მუდმივი ძალის გავლენით იძენენ მოწესრიგებული მოძრაობის გარკვეულ სიჩქარეს (მას დრიფტი ეწოდება). ეს სიჩქარე დროთა განმავლობაში არ იზრდება, რადგან კრისტალური მედის იონებთან შეჯახებისას ელექტრონები ელექტრული ველში შეძენილ კინეტიკურ ენერგიას ბროლის ბადეში გადასცემენ. პირველ მიახლოებაში შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ საშუალო თავისუფალ გზაზე (ეს არის მანძილი, რომელსაც ელექტრონი გადის ორ თანმიმდევრულ შეჯახებას იონებს შორის), ელექტრონი მოძრაობს აჩქარებით და მისი დრიფტის სიჩქარე დროთა განმავლობაში წრფივად იზრდება.

შეჯახების მომენტში ელექტრონი გადასცემს კინეტიკურ ენერგიას ბროლის ბადეში. შემდეგ ის კვლავ აჩქარებს და პროცესი მეორდება. შედეგად, ელექტრონების მოწესრიგებული მოძრაობის საშუალო სიჩქარე პროპორციულია დირიჟორში ელექტრული ველის სიძლიერისა და, შესაბამისად, პოტენციალის სხვაობისა დირიჟორის ბოლოებში, ვინაიდან l არის გამტარის სიგრძე.

ცნობილია, რომ დირიჟორში მიმდინარე სიძლიერე ნაწილაკების მოწესრიგებული მოძრაობის სიჩქარის პროპორციულია

და ამიტომ, წინას მიხედვით, დენის სიძლიერე პროპორციულია გამტარის ბოლოებში პოტენციური სხვაობისა: I ~ U. ეს არის ოჰმის კანონის თვისებრივი ახსნა, რომელიც დაფუძნებულია ლითონების გამტარობის კლასიკურ ელექტრონულ თეორიაზე.

თუმცა, ამ თეორიასთან არის სირთულეები. თეორიიდან გამომდინარეობდა, რომ წინაღობა უნდა იყოს ტემპერატურის კვადრატული ფესვის პროპორციული (), იმავდროულად, გამოცდილების მიხედვით, ~ T. გარდა ამისა, ლითონების სითბური ტევადობა, ამ თეორიის მიხედვით, გაცილებით მეტი უნდა იყოს ვიდრე მონოტომური კრისტალების სითბოს მოცულობა. სინამდვილეში, ლითონების სითბური ტევადობა ოდნავ განსხვავდება არალითონური კრისტალების სითბოს ტევადობისაგან. ეს სირთულეები მხოლოდ კვანტურ თეორიაში გადაილახა.

1911 წელს ჰოლანდიელმა ფიზიკოსმა G. Kamerling-Onnes-მა, შეისწავლა ვერცხლისწყლის ელექტრული წინააღმდეგობის ცვლილება დაბალ ტემპერატურაზე, დაადგინა, რომ დაახლოებით 4 K ტემპერატურაზე (ანუ -269 ° C) წინააღმდეგობა მკვეთრად მცირდება (ნახ. 3) თითქმის ნულამდე. ელექტრული წინააღმდეგობის ნულამდე გადაქცევის ამ ფენომენს G. Kamerling-Onnes-ს უწოდა სუპერგამტარობა.

მოგვიანებით გაირკვა, რომ 25-ზე მეტი ქიმიური ელემენტი - ლითონი ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე ხდება ზეგამტარი. თითოეულ მათგანს აქვს საკუთარი გადასვლის კრიტიკული ტემპერატურა ნულოვანი წინააღმდეგობის მდგომარეობაში. მისი ყველაზე დაბალი მნიშვნელობა ვოლფრამისთვის არის 0.012K, ყველაზე მაღალი ნიობიუმისთვის არის 9K.

სუპერგამტარობა შეინიშნება არა მხოლოდ სუფთა ლითონებში, არამედ ბევრ ქიმიურ ნაერთსა და შენადნობში. ამ შემთხვევაში, თავად ელემენტები, რომლებიც ზეგამტარი ნაერთის ნაწილია, შეიძლება არ იყოს ზეგამტარები. Მაგალითად, NiBi, Au 2 Bi, PdTe, PtSbსხვა.

ზეგამტარ მდგომარეობაში მყოფ ნივთიერებებს აქვთ უჩვეულო თვისებები:

ელექტრული დენი ზეგამტარში შეიძლება არსებობდეს დიდი ხნის განმავლობაში დენის წყაროს გარეშე;
ზეგამტარ მდგომარეობაში მყოფი ნივთიერების შიგნით შეუძლებელია მაგნიტური ველის შექმნა:
მაგნიტური ველი ანადგურებს ზეგამტარობის მდგომარეობას. სუპერგამტარობა არის კვანტური თეორიის თვალსაზრისით ახსნილი ფენომენი. მისი საკმაოდ რთული აღწერა სცილდება სასკოლო ფიზიკის კურსის ფარგლებს.

ბოლო დრომდე, ზეგამტარობის ფართო გამოყენებას აფერხებდა სირთულეები, რომლებიც დაკავშირებულია ულტრადაბალ ტემპერატურამდე გაგრილების საჭიროებასთან, რისთვისაც გამოიყენებოდა თხევადი ჰელიუმი. მიუხედავად ამისა, მიუხედავად აღჭურვილობის სირთულისა, ჰელიუმის სიმცირისა და მაღალი ღირებულებისა, XX საუკუნის 60-იანი წლებიდან მოყოლებული, ზეგამტარი მაგნიტები იქმნებოდა თერმული დანაკარგების გარეშე მათ გრაგნილებში, რამაც პრაქტიკულად შესაძლებელი გახადა ძლიერი მაგნიტური ველების მიღება შედარებით დიდში. ტომები. სწორედ ასეთი მაგნიტებია საჭირო იმისათვის, რომ შეიქმნას საშუალებები კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმისთვის მაგნიტური პლაზმის შეზღუდვით, მძლავრი დამუხტული ნაწილაკების ამაჩქარებლებისთვის. სუპერგამტარები გამოიყენება სხვადასხვა საზომ მოწყობილობებში, უპირველეს ყოვლისა, ყველაზე სუსტი მაგნიტური ველების გაზომვის მოწყობილობებში უმაღლესი სიზუსტით.

დღეისათვის ენერგიის 10-15% იხარჯება ელექტროგადამცემ ხაზებში მავთულის წინააღმდეგობის გადალახვაზე. სუპერგამტარი ხაზები, ან სულ მცირე, დიდ ქალაქებში შეყვანა, უზარმაზარ დანაზოგს მოიტანს. სუპერგამტარობის გამოყენების კიდევ ერთი სფეროა ტრანსპორტი.

სუპერგამტარი ფილმების საფუძველზე შეიქმნა მრავალი მაღალსიჩქარიანი ლოგიკური და მეხსიერების ელემენტები გამოთვლითი მოწყობილობებისთვის. კოსმოსურ კვლევებში იმედისმომცემია ზეგამტარი სოლენოიდების გამოყენება კოსმონავტების რადიაციული დაცვისთვის, გემების დასამაგრებლად, მათი შენელებისა და ორიენტაციისთვის და პლაზმური რაკეტების ძრავებისთვის.

ამჟამად შექმნილია კერამიკული მასალები, რომლებსაც აქვთ ზეგამტარობა უფრო მაღალ ტემპერატურაზე - 100K-ზე მეტი, ანუ აზოტის დუღილის ტემპერატურაზე ზემოთ. სუპერგამტარების თხევადი აზოტით გაგრილების უნარი, რომელსაც აქვს აორთქლების სიდიდის უფრო მაღალი სიცხე, მნიშვნელოვნად ამარტივებს და ამცირებს ყველა კრიოგენული აღჭურვილობის ღირებულებას და ჰპირდება უზარმაზარ ეკონომიკურ ეფექტს.

ნივთიერება (ლითონი), საიდანაც მზადდება გამტარი, გავლენას ახდენს მასში ელექტრული დენის გავლაზე და ხასიათდება ისეთი კონცეფციის გამოყენებით, როგორიცაა ელექტრული წინააღმდეგობა. ელექტრული წინააღმდეგობა დამოკიდებულია გამტარის ზომაზე, მის მასალაზე, ტემპერატურაზე:

- რაც უფრო გრძელია მავთული, მით უფრო ხშირად მოძრავი თავისუფალი ელექტრონები (დენის მატარებლები) შეეჯახებიან გზაზე მატერიის ატომებსა და მოლეკულებს - იზრდება გამტარის წინააღმდეგობა;
- რაც უფრო დიდია გამტარის ჯვარი განყოფილება, მით მეტი თავისუფალი ელექტრონები ხდება, შეჯახებების რაოდენობა მცირდება - მცირდება გამტარის ელექტრული წინააღმდეგობა.

დასკვნა: რაც უფრო გრძელია გამტარი და რაც უფრო მცირეა მისი განივი მონაკვეთი, მით მეტია მისი წინააღმდეგობა და პირიქით - რაც უფრო მოკლე და სქელია მავთული, მით უფრო დაბალია მისი წინააღმდეგობა ,და გამტარობა (ელექტრული დენის გავლის უნარი) უკეთესია.

გამარტივებულად, გამტარის წინააღმდეგობის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად: დირიჟორის გასწვრივ მოძრავი ელექტრონები ეჯახება თავად გამტარის ატომებსა და მოლეკულებს და გადასცემს მათ ენერგიას. შედეგად, გამტარი თბება, იზრდება ატომებისა და მოლეკულების თერმული, შემთხვევითი მოძრაობა. ეს კიდევ უფრო ანელებს ელექტრონების ძირითად ნაკადს გამტარის გასწვრივ. ეს განმარტავს გამტარის წინააღმდეგობის გაზრდას ელექტრული დენის გავლისას გათბობის დროს.

გამტარების - ლითონების გათბობის ან გაგრილებისას მათი წინააღმდეგობა იზრდება ან მცირდება შესაბამისად, ყოველ 1 გრადუსზე 0,4%-ით. ლითონების ეს თვისება გამოიყენება ტემპერატურის სენსორების წარმოებაში.

ნახევარგამტარებს და ელექტროლიტებს აქვთ საპირისპირო თვისება, ვიდრე დირიჟორები - გათბობის ტემპერატურის მატებასთან ერთად, მათი წინააღმდეგობა მცირდება.

ელექტრული წინაღობის საზომი ერთეულია 1 ომი (მეცნიერის გ. ომ-ის პატივსაცემად). 1 ომი წინააღმდეგობა უდრის ელექტრული წრედის მონაკვეთს, რომლის მეშვეობითაც გადის 1 ამპერი დენი, როდესაც მასზე 1 ვოლტის ძაბვა ეცემა.

ზოგჯერ გამოიყენება ელექტრული წინააღმდეგობის საპასუხო მოქმედება. ეს არის ელექტრული გამტარობა, რომელიც აღინიშნება ასო g ან G - Siemens (მეცნიერი ე. სიმენსის პატივსაცემად).

ელექტრული გამტარობა არის ნივთიერების უნარი, გაიაროს ელექტრული დენი თავის შიგნით. რაც უფრო დიდია გამტარის R წინააღმდეგობა, მით ნაკლებია მისი გამტარობა G და პირიქით. 1 ohm = 1 sim

მიღებული ერთეულები:

1Sim = 1000mSim,
1Sim = 1000000μSim.

როდესაც საჭიროა სერიით დაკავშირებული დირიჟორების მთლიანი წინააღმდეგობის გამოთვლა, უფრო მოსახერხებელია Ohms-ით მუშაობა. თუ გამოითვლება პარალელურად დაკავშირებული დირიჟორების მთლიანი წინააღმდეგობა, უფრო მოსახერხებელია დათვლა Sims-ში და შემდეგ გადაიყვანეთ ომებში.

ყველაზე მაღალი გამტარობა აქვთ ლითონებს: ვერცხლს, სპილენძს, ალუმინს და ა.შ., აგრეთვე მარილების, მჟავების ხსნარებს და ა.შ.
ყველაზე დაბალი გამტარობა (უმაღლესი წინააღმდეგობა) იზოლატორებისთვის: მიკა, მინა, აზბესტი, კერამიკა და ა.შ.

იმისათვის, რომ უფრო მოსახერხებელი იყოს სხვადასხვა ლითონისგან დამზადებული დირიჟორების ელექტრული წინააღმდეგობის გამოთვლების განხორციელება, დაინერგა გამტარის სპეციფიკური წინააღმდეგობის კონცეფცია.
გამტარის წინაღობა 1 მეტრი სიგრძის, 1 მმ ჯვარედინი განყოფილება. კვ. + 20 გრადუს ტემპერატურაზე, ეს იქნება გამტარის წინაღობაგვ.

ზოგიერთი ლითონის გამტარების სპეციფიკური წინააღმდეგობები მოცემულია ცხრილში.

ცხრილიდან ჩანს: ლითონებიდან ვერცხლს აქვს საუკეთესო გამტარობა. მაგრამ ის ძალიან ძვირია და გამონაკლის შემთხვევებში გამოიყენება გამტარად.

სპილენძი და ალუმინი ყველაზე გავრცელებული მასალებია ელექტროტექნიკაში. მავთულხლართების და კაბელების, საბარგულების და სხვა.

ელექტრო დანადგარებში მავთულის და კაბელების გამოყენებისას აუცილებელია გავითვალისწინოთ მათი კვეთა, რათა თავიდან იქნას აცილებული მათი გაცხელება და, როგორც წესი, იზოლაციის დაზიანება, ასევე შემცირდეს ძაბვის ვარდნა და ენერგიის დაკარგვა გადაცემის დროს. ელექტროენერგია წყაროდან მომხმარებელამდე.

ქვემოთ მოცემულია დირიჟორში დასაშვები დენის მნიშვნელობების ცხრილი, რაც დამოკიდებულია მის დიამეტრზე (სექცია მმ2-ში), ასევე სხვადასხვა მასალისგან დამზადებული მავთულის 1 მეტრის წინააღმდეგობაზე.

ზოგიერთი ელექტრული სქემის გაანგარიშების მაგალითები შეგიძლიათ იხილოთ აქ.

ჩვენ ვვარაუდობთ, რომ J diff, J conv, J ტერმინი ნულის ტოლია და J = J მიგრაცია. იონების მოძრაობა მეორე ტიპის გამტარებლებში და ელექტრონების პირველი ტიპის დირიჟორებში ელექტრული პოტენციალების განსხვავების გამო განსაზღვრავს მათ უნარს ელექტრული დენის გავლისას, ე.ი. ელექტრო გამტარობის(ელექტრო გამტარობის). პირველი და მეორე ტიპის გამტარების ელექტრული დენის გავლის უნარის გასაზომად გამოიყენება ელექტრული გამტარობის ორი საზომი. Ერთ - ერთი მათგანი - ელექტრო გამტარობისκ- არის წინაღობის ორმხრივი:

წინააღმდეგობა განისაზღვრება ფორმულიდან

სადაც რ- დირიჟორის მთლიანი წინააღმდეგობა, Ohm; l არის მანძილი ორ პარალელურ სიბრტყეს შორის, რომელთა შორისაც განისაზღვრება წინაღობა, m; S - დირიჟორის განივი ფართობი, მ 2.

აქედან გამომდინარე

ხოლო ელექტრული გამტარობა განისაზღვრება, როგორც დირიჟორის ერთი კუბური მეტრის წინააღმდეგობის ორმხრივი კუბის კიდის სიგრძე ერთი მეტრი. ელექტროგამტარობის ერთეული: სმ/მ. მეორე მხრივ, ოჰმის კანონის მიხედვით

სადაც ე- პოტენციური განსხვავება მოცემულ პარალელურ სიბრტყეებს შორის; მე - მიმდინარე.

ამ გამოხატვის ჩანაცვლებით განტოლებაში, რომელიც განსაზღვრავს ელექტრულ გამტარობას, მივიღებთ:

S = 1-ისთვის და E/l = 1 გვაქვს κ = 1. ამრიგად, ელექტრული გამტარობა რიცხობრივად უდრის დენს, რომელიც გადის გამტარ მონაკვეთზე ერთი კვადრატული მეტრის ზედაპირით, პოტენციური გრადიენტით, რომელიც უდრის 1 ვოლტს მეტრზე.

სპეციფიური ელექტრული გამტარობა ახასიათებს მუხტის მატარებლების რაოდენობას ერთეულ მოცულობაზე. შესაბამისად, ელექტრული გამტარობა დამოკიდებული იქნება ხსნარის კონცენტრაციაზე, ცალკეული ნივთიერებებისთვის კი მათ სიმკვრივეზე.

ელექტრული გამტარობის მეორე საზომია ექვივალენტიλ e (ან მოლარულიλ მ) ელექტრო გამტარობის,უდრის სპეციფიკური ელექტრული გამტარობის ნამრავლს კუბური მეტრის რაოდენობით, რომელიც შეიცავს ნივთიერების ერთ ეკვივალენტს ან ერთ მოლს:

λ e = κφ e; λ m = κφ m

ვინაიდან φ გამოიხატება m 3 / equiv ან m 3 / mol, მაშინ λ-ის ერთეული იქნება Cm 2 / equiv ან Cm 2 / mol.

ხსნარებისთვის φ = 1/С, სადაც თან- კონცენტრაცია, გამოხატული მოლ/მ 3-ში. მერე

λ e = κ/zC და λ m = κ/С

თუ თანგამოხატულია კმოლ / მ 3, შემდეგ φ e \u003d 1 / (zC ∙ 10 3); φ m \u003d 1 / (С ∙ 10 3) და

λ e \u003d κ / (zC ∙ 10 3) და λ m \u003d κ / (C ∙ 10 3)

ცალკეული ნივთიერების (მყარი ან თხევადი) მოლური გამტარობის განსაზღვრისას φ m \u003d V M, მაგრამ V m \u003d M / d (სადაც V m არის მოლური მოცულობა; M არის მოლეკულური წონა; დ- სიმკვრივე), შემდეგი-

ა ტ ე ლ ნ ო

λ m = κV m = κM/d

ამრიგად, ექვივალენტური (ან მოლური) ელექტრული გამტარობა არის დირიჟორის გამტარობა, რომელიც მდებარეობს ორ პარალელურ სიბრტყეს შორის, რომლებიც მდებარეობს ერთმანეთისგან ერთი მეტრის მანძილზე და ისეთ ფართობზე, რომ ნივთიერების ერთი ექვივალენტი (ან ერთი მოლი) ხსნარის ან ინდივიდუალური მარილის).

გამტარობის ეს მაჩვენებელი ახასიათებს გამტარობას ერთი და იგივე რაოდენობის ნივთიერებით (მოლი ან ექვივალენტი), მაგრამ შეიცავს სხვადასხვა მოცულობებს და, ამრიგად, ასახავს იონებს შორის ურთიერთქმედების ძალების გავლენას ინტერიონური მანძილების მიხედვით.

ელექტროგამტარობა

ლითონებს, რომლებსაც ახასიათებთ ელექტრონის გადასვლის დაბალი ენერგიით ვალენტურობის ზოლიდან გამტარ ზოლზე უკვე ნორმალურ ტემპერატურაზე, აქვთ საკმარისი რაოდენობის ელექტრონები გამტარ ზოლში, რათა უზრუნველყონ მაღალი ელექტრული გამტარობა. ლითონების გამტარობა მცირდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად. ეს გამოწვეულია იმით, რომ მეტალებში ტემპერატურის მატებასთან ერთად, კრისტალური მედის იონების ვიბრაციული ენერგიის გაზრდის ეფექტი, რომელიც ეწინააღმდეგება ელექტრონების მიმართულ მოძრაობას, ჭარბობს მუხტის რაოდენობის გაზრდის ეფექტზე. მატარებლები გამტარობის ზოლში. ქიმიურად სუფთა ლითონების წინააღმდეგობა იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად, იზრდება დაახლოებით 4 ∙ 10 -3 R 0-ით ტემპერატურის მატებით თითო გრადუსზე (R 0 - წინააღმდეგობა 0 ° C-ზე). ქიმიურად სუფთა მეტალების უმეტესობისთვის, გაცხელებისას, არსებობს წრფივი კავშირი წინააღმდეგობასა და ტემპერატურას შორის.

R = R0 (1 + αt)

სადაც α არის წინააღმდეგობის ტემპერატურის კოეფიციენტი.

შენადნობების ტემპერატურული კოეფიციენტები შეიძლება განსხვავდებოდეს ფართო დიაპაზონში, მაგალითად, სპილენძის α = 1,5∙10 -3 და კონსტანტისთვის α = 4∙10 -6.

ლითონებისა და შენადნობების სპეციფიკური გამტარობა 10 6 - 7∙10 7 ს/მ ფარგლებშია. ლითონის ელექტრული გამტარობა დამოკიდებულია ელექტრონების რაოდენობასა და მუხტზე, რომლებიც მონაწილეობენ დენის გადაცემაში და შეჯახებებს შორის მოგზაურობის საშუალო დროზე. იგივე პარამეტრები მოცემული ელექტრული ველის სიძლიერისთვის განსაზღვრავს ელექტრონის სიჩქარეს. მაშასადამე, მეტალში დენის სიმკვრივე შეიძლება გამოისახოს განტოლებით

სად არის მუხტების შეკვეთილი მოძრაობის საშუალო სიჩქარე; პარის ელექტრონების რაოდენობა გამტარ ზოლში ერთეულ მოცულობაზე.

ნახევარგამტარები თავიანთი გამტარობით იკავებენ შუალედურ ადგილს ლითონებსა და იზოლატორებს შორის. სუფთა ნახევარგამტარული მასალები, როგორიცაა გერმანიუმი და სილიციუმი, არსებითად გამტარია.

ბრინჯი. 5.1. ელექტრონული გამტარობის წყვილის გარეგნობის სქემა (1) - ხვრელი (2).

შინაგანი გამტარობა განპირობებულია იმით, რომ ელექტრონების თერმული აგზნების დროს ისინი ვალენტურობის ზოლიდან გადადიან გამტარ ზოლში. ეს ელექტრონები პოტენციური სხვაობის მოქმედებით მოძრაობენ გარკვეული მიმართულებით და უზრუნველყოფენ ელექტრონული გამტარობანახევარგამტარები. როდესაც ელექტრონი გადადის გამტარ ზოლში, ვაკანტური ადგილი რჩება ვალენტობის ზოლში - "ხვრელი", რომელიც ექვივალენტურია ერთი დადებითი მუხტის არსებობისა. ხვრელს ასევე შეუძლია გადაადგილება ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ, ვალენტურობის ზოლში მყოფი ელექტრონის გადახტომის შედეგად, მაგრამ გამტარ ზოლში ელექტრონების მოძრაობის საწინააღმდეგო მიმართულებით, რაც უზრუნველყოფს ხვრელის გამტარობანახევარგამტარი. ხვრელის წარმოქმნის პროცესი ნაჩვენებია ნახ. 5.1.

ამრიგად, საკუთარი გამტარობის მქონე ნახევარგამტარში არის ორი სახის მუხტის მატარებელი - ელექტრონები და ხვრელები, რომლებიც უზრუნველყოფენ ნახევარგამტარის ელექტრონულ და ხვრელების გამტარობას.

შიდა ნახევარგამტარში ელექტრონების რაოდენობა გამტარ ზოლში ტოლია ხვრელების რაოდენობას ვალენტობის ზოლში. მოცემულ ტემპერატურაზე არის დინამიური წონასწორობა ელექტრონებსა და ხვრელებს შორის ნახევარგამტარში, ანუ მათი წარმოქმნის სიჩქარე უდრის რეკომბინაციის სიჩქარეს. გამტარ ზოლში ელექტრონის რეკომბინაცია ვალენტურ სარტყელში არსებულ ხვრელთან იწვევს ელექტრონის „ფორმირებას“ ვალენტობის ზოლში.

ნახევარგამტარის სპეციფიკური გამტარობა დამოკიდებულია მუხტის მატარებლების კონცენტრაციაზე, ანუ მათ რაოდენობაზე ერთეულ მოცულობაზე. ჩვენ აღვნიშნავთ ელექტრონების კონცენტრაციას n i და ხვრელების კონცენტრაციას p i. შინაგანი გამტარობის მქონე ნახევარგამტარებში n i = p i (ასეთ ნახევარგამტარებს მოკლედ i- ტიპის ნახევარგამტარებს უწოდებენ). მუხტის მატარებლების კონცენტრაცია, მაგალითად, სუფთა გერმანიუმში, უდრის n i \u003d p i ≈10 19 მ -3, სილიციუმში - დაახლოებით 10 16 მ -3 და არის 10 -7 - 10 -10% მიმართ. ატომების რაოდენობა ნ.

ნახევარგამტარში ელექტრული ველის მოქმედებით ხდება ელექტრონებისა და ხვრელების მიმართული მოძრაობა. გამტარობის დენის სიმკვრივე არის ელექტრონის ჯამი მე ედა ხვრელი მე გვდენის სიმკვრივეები: i = i e + i p,რომლებიც, მიუხედავად მატარებლების კონცენტრაციების თანასწორობისა, სიდიდით თანაბარი არ არის, ვინაიდან ელექტრონებისა და ხვრელების მოძრაობის (მობილურობის) სიჩქარეები განსხვავებულია. ელექტრონის დენის სიმკვრივეა:

ელექტრონების საშუალო სიჩქარე ინტენსივობის პროპორციულია E"ელექტრული ველი:

პროპორციულობის ფაქტორი ვ e 0 ახასიათებს ელექტრონის სიჩქარეს ერთეული ელექტრული ველის სიძლიერეზე და ეწოდება მოძრაობის აბსოლუტური სიჩქარე. ოთახის ტემპერატურაზე სუფთა გერმანიუმში ვ e 0 \u003d 0,36 მ 2 / (V s).

ბოლო ორი განტოლებიდან ვიღებთ:

ხვრელების გამტარობის მსგავსი მსჯელობის გამეორებით, შეგვიძლია დავწეროთ:

შემდეგ მთლიანი დენის სიმკვრივისთვის:

i-ს გამოთქმის შედარება Ohm-ის კანონთან i = κ E", S = 1 მ 2-ზე ვიღებთ:

როგორც ზემოთ აღინიშნა, შიდა გამტარობის მქონე ნახევარგამტარისთვის n i \u003d p i, შესაბამისად

ვ p 0 ყოველთვის დაბალია ვ e 0, მაგალითად გერმანიაში ვ p 0 \u003d 0, 18 მ 2 / (V ∙ s) და ვ e 0 \u003d 0,36 მ 2 / (V s).

ამრიგად, ნახევარგამტარის ელექტრული გამტარობა დამოკიდებულია მატარებლების კონცენტრაციაზე და მათ აბსოლუტურ სიჩქარეზე და დამატებით შედგება ორი ტერმინისგან:

κ i = κ e + κ გვ

Ohm-ის კანონი ნახევარგამტარებისთვის დაკმაყოფილებულია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ მატარებლის კონცენტრაცია n i არ არის დამოკიდებული ველის სიძლიერეზე. მაღალი ველის სიძლიერეზე, რომელსაც უწოდებენ კრიტიკულს (გერმანიუმისთვის E cr' = 9∙10 4 V / მ, სილიკონისთვის E cr ' = 2,5 ∙ 10 4 V / მ), დარღვეულია Ohm-ის კანონი, რაც დაკავშირებულია ცვლილებასთან. ატომში ელექტრონის ენერგიაში და გამტარ ზოლში გადაცემის ენერგიის დაქვეითება, აგრეთვე გისოსების ატომების იონიზაციის შესაძლებლობით. ორივე ეფექტი იწვევს მუხტის მატარებლების კონცენტრაციის მატებას.

ელექტრული გამტარობა მაღალი ველის სიძლიერეზე გამოიხატება პულის ემპირიული კანონით:

ln κ = ln κ 0 + α (E’ – E cr’)

სადაც κ 0 - გამტარობა E ' = E cr' .

ნახევარგამტარში ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ხდება მუხტის მატარებლების ინტენსიური წარმოქმნა და მათი კონცენტრაცია იზრდება უფრო სწრაფად, ვიდრე ელექტრონების აბსოლუტური სიჩქარე მცირდება თერმული მოძრაობის გამო. ამიტომ განსხვავებით

ლითონებისგან, ნახევარგამტარების ელექტრული გამტარობა იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად. პირველ მიახლოებაში, მცირე ტემპერატურის დიაპაზონისთვის, ნახევარგამტარის გამტარობის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე შეიძლება გამოისახოს განტოლებით

სადაც კ- ბოლცმანის მუდმივი; მაგრამ- აქტივაციის ენერგია (ენერგია, რომელიც საჭიროა ელექტრონის გამტარ ზოლში გადასატანად).

აბსოლუტურ ნულთან ახლოს, ყველა ნახევარგამტარი კარგი იზოლატორია. ტემპერატურის მატება ხარისხზე, მათი გამტარობა იზრდება საშუალოდ 3 - 7%.

როდესაც მინარევები შეჰყავთ სუფთა ნახევარგამტარში, ემატება შინაგანი ელექტრული გამტარობა. მინარევების ელექტრული გამტარობა.თუ, მაგალითად, პერიოდული სისტემის V ჯგუფის ელემენტები (P, As, Sb) შედის გერმანიუმში, მაშინ ეს უკანასკნელი ქმნის გისოსს გერმანიუმთან ოთხი ელექტრონის მონაწილეობით, ხოლო მეხუთე ელექტრონი დაბალი იონიზაციის გამო. მინარევების ატომების ენერგია (დაახლოებით 1,6∙10 –21), გადადის მინარევის ატომიდან გამტარ ზოლში. ასეთ ნახევარგამტარში ჭარბობს ელექტრონული გამტარობა (ნახევარგამტარი ე.წ n ტიპის ელექტრონული ნახევარგამტარი].თუ მინარევის ატომებს აქვთ უფრო მეტი ელექტრონის მიდრეკილება, ვიდრე გერმანიუმს, მაგალითად, III ჯგუფის ელემენტებს (In, Ga, B, Al), მაშინ ისინი იღებენ ელექტრონებს გერმანიუმის ატომებიდან და ხვრელები წარმოიქმნება ვალენტობის ზოლში. ასეთ ნახევარგამტარებში ხვრელების გამტარობა ჭარბობს (ნახევარგამტარი p-ტიპი].მინარევის ატომები, რომლებიც უზრუნველყოფენ ელექტრონულ გამტარობას დონორებიელექტრონები და ხვრელი - მიმღებები).

მინარევის ნახევარგამტარებს აქვთ უფრო მაღალი ელექტრული გამტარობა, ვიდრე შიდა ნახევარგამტარებს, თუ დონორის N D ან მიმღების მინარევის ატომების კონცენტრაცია აღემატება შინაგანი მუხტის მატარებლების კონცენტრაციას. N D და N A-ს დიდი მნიშვნელობებისთვის შეიძლება უგულებელყოთ შინაგანი მატარებლების კონცენტრაცია. მუხტის მატარებლებს, რომელთა კონცენტრაცია ჭარბობს ნახევარგამტარში, ე.წ ძირითადი.მაგალითად, n-ტიპის გერმანიუმში, n ≈ 10 22 მ-3, ხოლო n i ≈ 10 19 m~ 3, ანუ ძირითადი მატარებლების კონცენტრაცია 10 3-ჯერ მეტია, ვიდრე შინაგანი მატარებლების კონცენტრაცია.

მინარევების ნახევარგამტარებისთვის, ურთიერთობები მოქმედებს:

n n p n = n i p i = n i 2 = p i 2

n p p p = n i p i = n i 2 = p i 2

ამ განტოლებიდან პირველი იწერება n-ტიპის ნახევარგამტარებისთვის, ხოლო მეორე p-ტიპის ნახევარგამტარებისთვის. ამ ურთიერთობებიდან გამომდინარეობს, რომ მინარევების ძალიან მცირე რაოდენობა (დაახლოებით 10–4 0 /о) მნიშვნელოვნად ზრდის მუხტის მატარებლების კონცენტრაციას, რის შედეგადაც იზრდება ელექტრული გამტარობა.

თუ ჩვენ უგულებელყოფთ შინაგანი მატარებლების კონცენტრაციას და განვიხილავთ N D ≈n n n ტიპის ნახევარგამტარებისთვის და N A ≈ p p p ტიპის ნახევარგამტარებისთვის, მაშინ მინარევის ნახევარგამტარის ელექტრული გამტარობა შეიძლება გამოისახოს განტოლებით:

როდესაც ელექტრული ველი გამოიყენება n-ტიპის ნახევარგამტარებში, მუხტის გადაცემა ხორციელდება ელექტრონებით, ხოლო p-ტიპის ნახევარგამტარებში - ხვრელების საშუალებით.

გარე გავლენის ქვეშ, მაგალითად, დასხივების დროს, მუხტის მატარებლების კონცენტრაცია იცვლება და შეიძლება განსხვავებული იყოს ნახევარგამტარის სხვადასხვა ნაწილში. ამ შემთხვევაში, როგორც ხსნარებში, დიფუზიური პროცესები მიმდინარეობს ნახევარგამტარში. დიფუზიური პროცესების კანონზომიერებები ემორჩილება ფიკის განტოლებებს. მუხტის მატარებლების დიფუზიის კოეფიციენტები გაცილებით მაღალია, ვიდრე იონების ხსნარში. მაგალითად, გერმანიუმისთვის, ელექტრონების დიფუზიის კოეფიციენტი არის 98 10 -4 მ 2 / წმ, ხვრელები - 47 10 -4 მ 2 / წმ. ტიპიური ნახევარგამტარები, გარდა გერმანიუმის და სილიციუმის, ოთახის ტემპერატურაზე არის მთელი რიგი ოქსიდები, სულფიდები, სელენიდები, ტელურიდები და ა.შ. (მაგალითად, CdSe, GaP, ZnO, CdS, SnO 2, In 2 O 3, InSb).

იონური გამტარობა

იონურ გამტარობას ფლობენ გაზები, გარკვეული მყარი ნაერთები (იონური კრისტალები და ჭიქები), გამდნარი ცალკეული მარილები და წყალში ნაერთების ხსნარები, არაწყლიანი გამხსნელები და დნება. მეორე ტიპის სხვადასხვა კლასის გამტარების სპეციფიკური გამტარობის მნიშვნელობები მერყეობს ძალიან ფართო დიაპაზონში:

ნივთიერება	c∙10 3, ს/მ	ნივთიერება	c∙10 3, ს/მ
H 2 O	0.0044	NaOH 10% ხსნარი 30% »
C 2 H 5 OH	0.0064	KOH, 29% ხსნარი
C 3 H 7 OH	0.0009	NaCl 10% ხსნარი 25% »
CH 3 OH	0.0223	FeSO 4, 7% ხსნარი
აცეტონიტრილი	0.7	NiSO 4, 19% ხსნარი
N,N-დიმეთილაცეტამიდი	0.008-0.02	CuSO 4, 15% ხსნარი
CH 3 COOH	0.0011	ZnС1 2, 40% ხსნარი
H 2 SO 4 კონცენტრირებული 10% ხსნარი 40% "		NaCl (დნება, 850 °С)
HC1 40% ხსნარი 10%"		NaNO 3 (დნება 500 °C)
HNO 3 კონცენტრირებული 12% ხსნარი		MgCl 2 (დნება, 1013 °C)
		А1С1 3 (დნება, 245 °С)	0.11
		AlI 3 (დნება, 270 °C)	0.74
		AgCl (დნება, 800 °C)
		AgI (მყარი)

შენიშვნა, ხსნარების სპეციფიკური გამტარობის მნიშვნელობები მოცემულია 18 °C ტემპერატურაზე.

თუმცა, ყველა შემთხვევაში, κ-ის მოცემული მნიშვნელობები რამდენიმე რიგით დაბალია, ვიდრე ლითონების κ-ის მნიშვნელობები (მაგალითად, ვერცხლის, სპილენძის და ტყვიის სპეციფიკური გამტარობა არის 0.67∙10 8, 0.645∙10. 8 და 0.056∙10 8 S/m, შესაბამისად).

მეორე ტიპის გამტარებლებში, ყველა სახის ნაწილაკს, რომელსაც აქვს ელექტრული მუხტი, შეუძლია მონაწილეობა მიიღოს ელექტროენერგიის გადაცემაში. თუ დენი ატარებს როგორც კათიონებს, ასევე ანიონებს, მაშინ ელექტროლიტები აქვთ ბიპოლარული გამტარობა.თუ დენი ატარებს მხოლოდ ერთი სახის იონებს - კატიონებს ან ანიონებს - მაშინ არსებობს ერთპოლარული კათიონური ან ანიონური გამტარობა.

ბიპოლარული გამტარობის შემთხვევაში, იონები, რომლებიც უფრო სწრაფად მოძრაობენ, ატარებენ დენის უფრო დიდ ნაწილს, ვიდრე იონები, რომლებიც ნელა მოძრაობენ. დენის ნაწილს, რომელსაც ატარებს მოცემული სახის ნაწილაკები, ეწოდება ტარების ნომერიამ ტიპის ნაწილაკების (t i) ცალპოლარული გამტარობით, იონების გადაცემის რიცხვი, რომლებიც ატარებენ დენს, უდრის ერთს, რადგან მთელი დენი გადადის ამ ტიპის იონებით. მაგრამ ბიპოლარული გამტარობით, თითოეული სახის იონების გადაცემის რაოდენობა ერთიანობაზე ნაკლებია და

უფრო მეტიც, გადაცემის ნომერი უნდა იქნას გაგებული, როგორც დენის ფრაქციის აბსოლუტური მნიშვნელობა, რომელიც მიეკუთვნება იონების მოცემულ ტიპს, იმის გათვალისწინების გარეშე, რომ კატიონები და ანიონები ატარებენ ელექტრო დენს სხვადასხვა მიმართულებით.

ბიპოლარული გამტარობის მქონე ნებისმიერი სახის ნაწილაკების (იონების) გადაცემის რიცხვი არ არის მუდმივი მნიშვნელობა, რომელიც ახასიათებს მხოლოდ მოცემული ტიპის იონების ბუნებას, არამედ დამოკიდებულია პარტნიორი ნაწილაკების ბუნებაზე. მაგალითად, ქლორიდის იონების ტრანსპორტირების რაოდენობა მარილმჟავას ხსნარში ნაკლებია, ვიდრე იგივე კონცენტრაციის KCl ხსნარში, ვინაიდან წყალბადის იონები უფრო მოძრავია ვიდრე კალიუმის იონები. გადაცემის რიცხვების განსაზღვრის მეთოდები მრავალფეროვანია და მათი პრინციპები ასახულია თეორიული ელექტროქიმიის შესაბამის ლაბორატორიულ სემინარებში.

სანამ კონკრეტულ კლასების ნივთიერებების ელექტრული გამტარობის განხილვას გადავიდოდეთ, მოდით ვისაუბროთ ერთ ზოგად საკითხზე. ნებისმიერი სხეული მოძრაობს მასზე მოქმედი ძალების მუდმივ ველში აჩქარებით. იმავდროულად, იონები ელექტროლიტების ყველა კლასში, გარდა გაზებისა, მოძრაობენ მოცემული სიძლიერის ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ მუდმივი სიჩქარით. ამის ასახსნელად წარმოვიდგინოთ იონზე მოქმედი ძალები. თუ იონის მასა m და მისი მოძრაობის სიჩქარე ვ,შემდეგ ნიუტონის ძალა mdw/dtტოლი იქნება სხვაობის ელექტრული ველის სიძლიერეს (M), რომელიც მოძრაობს იონსა და რეაქტიულ ძალას (L'), რომელიც ანელებს მის მოძრაობას, რადგან იონი მოძრაობს ბლანტი გარემოში. რეაქტიული ძალა უფრო დიდია, რაც უფრო დიდია იონის სიჩქარე, ანუ L' = L ვ(აქ ლ- პროპორციულობის კოეფიციენტი). ამგვარად

ცვლადების გამოყოფის შემდეგ გვაქვს:

აღმნიშვნელი M - L ვ = ვ, ვიღებთ დ ვ= – დ ვ/ლ და

ან

ინტეგრაციის მუდმივი განისაზღვრება სასაზღვრო პირობით: at t = 0 w = 0, ე.ი. . დროის ათვლას ვიწყებთ იონის მოძრაობის დაწყების მომენტიდან (დენის ჩართვის მომენტიდან). შემდეგ:

მისი მნიშვნელობის მუდმივით ჩანაცვლებით, საბოლოოდ მივიღებთ.

სიგრძისა და მანძილის კონვერტორი მასის კონვერტორი ნაყარი საკვების და საკვების მოცულობის კონვერტორი ფართობის კონვერტორი მოცულობის და რეცეპტის ერთეულების კონვერტორი ტემპერატურის კონვერტორი წნევის, დაძაბულობის, Young's Modulus Converter ენერგიისა და მუშაობის კონვერტორი სიმძლავრის კონვერტორი ძალის კონვერტორი დროის კონვერტორი წრფივი სიჩქარის კონვერტორი საწვავის წრფივი სიჩქარის კონვერტორი რიცხვების სხვადასხვა რიცხვების სისტემაში ინფორმაციის რაოდენობის საზომი ერთეულების გადამყვანი ვალუტის განაკვეთები ქალის ტანსაცმლისა და ფეხსაცმლის ზომები მამაკაცის ტანსაცმლისა და ფეხსაცმლის ზომები კუთხური სიჩქარის და ბრუნვის სიხშირის გადამყვანი აჩქარების გადამყვანი კუთხური აჩქარების გადამყვანი სიმკვრივის გადამყვანი სპეციფიკური მოცულობის გადამყვანი ინერციის მომენტის გადამყვანი ძალის გადამყვანი ბრუნვის გადამყვანი სპეციფიური კალორიული მნიშვნელობის გადამყვანი (მასით) ენერგიის სიმკვრივისა და სპეციფიკური კალორიული მნიშვნელობის გადამყვანი (მოცულობით) ტემპერატურის სხვაობის გადამყვანი კოეფიციენტის გადამყვანი თერმული გაფართოების კოეფიციენტის თერმორეზისტენტობის კონვერტორი თერმოგამტარობის კონვერტორი სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის კონვერტორი ენერგიის ექსპოზიცია და რადიაციული სიმძლავრის გადამყვანი სითბოს ნაკადის სიმკვრივის კონვერტორი სითბოს გადაცემის კოეფიციენტის კონვერტორი მოცულობის ნაკადის კონვერტორი მასის ნაკადის გადამყვანი მოლარული ნაკადის კონვერტორი მასის კონვერტორი მასის კონვერტორი კინემატიკური სიბლანტის კონვერტორი ზედაპირის დაძაბულობის კონვერტორი ორთქლის გამტარიანობის კონვერტორი წყლის ორთქლის ნაკადის სიმკვრივის კონვერტორი ხმის დონის კონვერტორი მიკროფონის მგრძნობელობის კონვერტორი ხმის წნევის დონე (SPL) კონვერტორი ხმის წნევის დონის კონვერტორი არჩევით რეფერენციული წნევის სიკაშკაშის კონვერტორი სიხშირის კონვერტორი სიხშირის კონვერტორი სინათლის ინტენსივობის კონვერტორი სიმძლავრე დიოპტრიებში და ფოკუსურ სიგრძეში მანძილის სიმძლავრე დიოპტრიებში და ლინზების გადიდებაში (×) ელექტრული დამუხტვის კონვერტორი წრფივი მუხტის სიმკვრივის კონვერტორი ზედაპირის მუხტის სიმკვრივის კონვერტორი მოცულობითი დამუხტვის სიმკვრივის კონვერტორი ელექტრული დენის კონვერტორი ხაზოვანი დენის სიმკვრივის კონვერტორი ზედაპირის დენის სიმკვრივის კონვერტორი ელექტრული დენის სიმკვრივის კონვერტორი ელექტრული ელექტრული კონვერტორი წინააღმდეგობის ელექტრული გამტარობის კონვერტორი ელექტრული გამტარობის კონვერტორი ტევადობის ინდუქციურობის კონვერტორი აშშ მავთულის გამტარობის კონვერტორი დონეები dBm (dBm ან dBm), dBV (dBV), ვატი და ა.შ. ერთეულები მაგნიტურმოძრავი ძალის გადამყვანი მაგნიტური ველის სიძლიერის გადამყვანი მაგნიტური ნაკადის გადამყვანი მაგნიტური ინდუქციური გადამყვანი რადიაცია. მაიონებელი გამოსხივების შთანთქმის დოზის სიჩქარის გადამყვანი რადიოაქტიურობა. რადიოაქტიური დაშლის კონვერტორი რადიაცია. ექსპოზიციის დოზის გადამყვანი რადიაცია. აბსორბირებული დოზის კონვერტორი ათწილადი პრეფიქსი კონვერტორი მონაცემთა გადაცემის ტიპოგრაფია და გამოსახულების დამუშავების ერთეული კონვერტორი ხე-ტყის მოცულობის ერთეულის კონვერტორი ქიმიური ელემენტების მოლური მასის პერიოდული ცხრილის გამოთვლა D.I. Mendeleev

1 ელექტროგამტარობის ერთეული = 0,0001 სიმენსი მეტრზე [S/m]

Საწყისი ღირებულება

კონვერტირებული ღირებულება

სიმენსი მეტრზე პიკოსიმენსი მეტრზე მო მეტრზე მო თითო სანტიმეტრზე აბმო მეტრზე აბმო თითო სანტიმეტრზე სტატიკური მეტრზე სტატიმო თითო სანტიმეტრზე სიმენსი თითო სანტიმეტრზე მილიზიმენსი მეტრზე მილიზიმენსი თითო სანტიმეტრზე მიკროზიმენსი მეტრზე მიკროზიმენსი მეტრზე მიკროსიმენსი მეტრზე მიკროზიმენსი მეტრზე მიკროზიმენსი მეტრზე მიკროსიმენსი თითო სანტიმეტრზე , კოეფიციენტი. გადაანგარიშება 700 ppm, კოეფიციენტი. გადაანგარიშება 500 ppm, კოეფიციენტი. კონვერტაცია 640 TDS, ppm, კოეფიციენტი კონვერტაცია 640 TDS, ppm, კოეფიციენტი კონვერტაცია 550 TDS, ppm, კოეფიციენტი კონვერტაცია 500 TDS, ppm, კოეფიციენტი გადაანგარიშება 700

ნაყარი დატენვის სიმკვრივე

მეტი ელექტრული გამტარობის შესახებ

შესავალი და განმარტებები

ელექტრული გამტარობა (ან ელექტროგამტარობა)არის ნივთიერების ელექტრული დენის ან მასში ელექტრული მუხტების გადაადგილების უნარის საზომი. ეს არის დენის სიმკვრივისა და ელექტრული ველის სიძლიერის თანაფარდობა. თუ გავითვალისწინებთ გამტარ მასალის კუბს 1 მეტრის გვერდით, მაშინ სპეციფიკური გამტარობა ტოლი იქნება ამ კუბის ორ მოპირდაპირე მხარეს შორის გაზომილი ელექტროგამტარობის ტოლი.

გამტარობა დაკავშირებულია გამტარობასთან შემდეგი ფორმულით:

G = σ(A/l)

სადაც გ- ელექტრო გამტარობის, σ - ელექტრო გამტარობის, მაგრამ- გამტარის კვეთა, პერპენდიკულარული ელექტრული დენის მიმართულებაზე და ლ- დირიჟორის სიგრძე. ეს ფორმულა შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნებისმიერ გამტართან ცილინდრის ან პრიზმის სახით. გაითვალისწინეთ, რომ ეს ფორმულა ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას კუბოიდისთვის, რადგან ეს არის პრიზმის განსაკუთრებული შემთხვევა, რომლის ფუძე არის მართკუთხედი. შეგახსენებთ, რომ ელექტრული გამტარობა არის ელექტრული წინაღობის ორმხრივი.

ფიზიკისა და ტექნოლოგიისგან შორს მყოფი ადამიანებისთვის შეიძლება რთული იყოს გამტარის გამტარობასა და ნივთიერების სპეციფიკურ გამტარობას შორის განსხვავების გაგება. ამასობაში, რა თქმა უნდა, ეს არის სხვადასხვა ფიზიკური რაოდენობა. გამტარობა არის მოცემული გამტარის ან მოწყობილობის თვისება (როგორიცაა რეზისტორი ან გალვანური აბაზანა), ხოლო გამტარობა არის მასალის თანდაყოლილი თვისება, საიდანაც ეს გამტარი ან მოწყობილობა მზადდება. მაგალითად, სპილენძის გამტარობა ყოველთვის ერთნაირია, მიუხედავად იმისა, თუ როგორ იცვლება სპილენძის ობიექტის ფორმა და ზომა. ამავე დროს, სპილენძის მავთულის გამტარობა დამოკიდებულია მის სიგრძეზე, დიამეტრზე, მასაზე, ფორმაზე და სხვა ფაქტორებზე. რა თქმა უნდა, უფრო მაღალი გამტარობის მქონე მასალებისგან დამზადებულ მსგავს ობიექტებს უფრო მაღალი გამტარობა აქვთ (თუმცა არა ყოველთვის).

ერთეულთა საერთაშორისო სისტემაში (SI) ელექტრული გამტარობის ერთეულია სიმენსი მეტრზე (სმ/მ). მასში შემავალი გამტარობის ერთეული გერმანელი მეცნიერის, გამომგონებლის, მეწარმის ვერნერ ფონ სიმენსის (1816–1892) საპატივსაცემოდ დაარქვეს. მის მიერ დაარსებული 1847 წელს, Siemens AG (Siemens) არის ერთ-ერთი უდიდესი კომპანია, რომელიც აწარმოებს ელექტრო, ელექტრონულ, ენერგეტიკულ, სატრანსპორტო და სამედიცინო აღჭურვილობას.

ელექტრული გამტარობის დიაპაზონი ძალიან ფართოა, მაღალი წინააღმდეგობის მქონე მასალებიდან, როგორიცაა მინა (რომელიც, სხვათა შორის, კარგად ატარებს ელექტროენერგიას წითლად გაცხელებისას) ან პოლიმეთილ მეთაკრილატის (ორგანული მინა) ძალიან კარგ გამტარებლებზე, როგორიცაა ვერცხლი, სპილენძი ან. ოქროს. ელექტრული გამტარობა განისაზღვრება მუხტების რაოდენობით (ელექტრონები და იონები), მათი გადაადგილების სიჩქარითა და ენერგიის რაოდენობით, რაც მათ შეუძლიათ. სხვადასხვა ნივთიერების წყალხსნარებს, რომლებიც გამოიყენება, მაგალითად, ელექტრული აბანოებში, აქვთ სპეციფიკური გამტარობის საშუალო მნიშვნელობები. ელექტროლიტების კიდევ ერთი მაგალითი სპეციფიკური გამტარობის საშუალო მნიშვნელობებით არის სხეულის შიდა გარემო (სისხლი, პლაზმა, ლიმფა და სხვა სითხეები).

ლითონების, ნახევარგამტარების და დიელექტრიკების გამტარობა დეტალურად არის განხილული ფიზიკური სიდიდეების კონვერტორის საიტის შემდეგ სტატიებში: და ელექტრული გამტარობა. ამ სტატიაში უფრო დეტალურად განვიხილავთ ელექტროლიტების გამტარობას, ასევე მეთოდებსა და მარტივ აღჭურვილობას მისი გაზომვისთვის.

ელექტროლიტების ელექტრული გამტარობა და მისი გაზომვა

წყალხსნარების სპეციფიკური გამტარობა, რომელშიც ელექტრული დენი წარმოიქმნება დამუხტული იონების გადაადგილების შედეგად, განისაზღვრება მუხტის მატარებლების რაოდენობით (ნივთიერების კონცენტრაცია ხსნარში), მათი მოძრაობის სიჩქარით (იონების მობილურობა). დამოკიდებულია ტემპერატურაზე) და მათ მუხტზე (განსაზღვრულია იონების ვალენტობით). ამიტომ, უმეტეს წყალხსნარებში კონცენტრაციის მატება იწვევს იონების რაოდენობის ზრდას და, შესაბამისად, გამტარობის მატებას. თუმცა, გარკვეული მაქსიმუმის მიღწევის შემდეგ, ხსნარის სპეციფიკური გამტარობა შეიძლება დაიწყოს კლება ხსნარის კონცენტრაციის შემდგომი ზრდით. ამრიგად, ერთი და იგივე მარილის ორი განსხვავებული კონცენტრაციის მქონე ხსნარებს შეიძლება ჰქონდეთ იგივე გამტარობა.

ტემპერატურა ასევე მოქმედებს გამტარობაზე, რადგან ტემპერატურის მატებასთან ერთად იონები უფრო სწრაფად მოძრაობენ, რის შედეგადაც იზრდება გამტარობა. სუფთა წყალი ელექტროენერგიის ცუდი გამტარია. ჩვეულებრივ გამოხდილ წყალს, რომელიც შეიცავს ჰაერის ნახშირორჟანგს წონასწორობაში და მთლიანი მინერალიზაცია 10 მგ/ლ-ზე ნაკლები, აქვს ელექტრული გამტარობა დაახლოებით 20 mS/cm. სხვადასხვა ხსნარის სპეციფიკური გამტარობა ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ცხრილში.

ხსნარის სპეციფიკური გამტარობის დასადგენად გამოიყენება წინააღმდეგობის მრიცხველი (ომმეტრი) ან გამტარობის მრიცხველი. ეს არის თითქმის იგივე მოწყობილობები, რომლებიც განსხვავდება მხოლოდ მასშტაბით. ორივე ზომავს ძაბვის ვარდნას მიკროსქემის იმ მონაკვეთში, რომლის მეშვეობითაც ელექტრული დენი მიედინება მოწყობილობის ბატარეიდან. გაზომილი გამტარობის მნიშვნელობა ხელით ან ავტომატურად გარდაიქმნება გამტარობად. ეს კეთდება საზომი მოწყობილობის ან სენსორის ფიზიკური მახასიათებლების გათვალისწინებით. გამტარობის სენსორები მარტივია: ისინი ელექტროლიტში ჩაძირული წყვილი (ან ორი წყვილი) ელექტროდია. გამტარობის სენსორები ხასიათდება გამტარობის სენსორის მუდმივი, რომელიც უმარტივეს შემთხვევაში განისაზღვრება, როგორც ელექტროდებს შორის მანძილის თანაფარდობა დდენის დინების პერპენდიკულარულ ფართობზე (ელექტროდზე). მაგრამ

ეს ფორმულა კარგად მუშაობს, თუ ელექტროდების ფართობი გაცილებით დიდია, ვიდრე მათ შორის მანძილი, რადგან ამ შემთხვევაში ელექტრული დენის უმეტესი ნაწილი მიედინება ელექტროდებს შორის. მაგალითი: 1 კუბური სანტიმეტრი სითხეზე K=D/A= 1 სმ/1 სმ² = 1 სმ-1. გაითვალისწინეთ, რომ გამტარობის სენსორები მცირე ელექტროდებით, რომლებიც ერთმანეთისგან შედარებით დიდი მანძილით არის დაშორებული, ხასიათდება სენსორის მუდმივი მნიშვნელობებით 1.0 სმ-1 და მეტი. ამავდროულად, სენსორებს ერთმანეთთან ახლოს განთავსებული შედარებით დიდი ელექტროდებით აქვთ მუდმივი 0,1 სმ-1 ან ნაკლები. სხვადასხვა მოწყობილობების ელექტრული გამტარობის გაზომვის სენსორის მუდმივი მერყეობს 0,01-დან 100 სმ-1-მდე.

თეორიული სენსორის მუდმივი: მარცხნივ - კ= 0,01 სმ-1, მარჯვნივ - კ= 1 სმ-1

გაზომილი გამტარობისგან გამტარობის მისაღებად გამოიყენება შემდეგი ფორმულა:

σ = K ∙ G

σ - ხსნარის სპეციფიკური გამტარობა S/cm-ში;

კ- სენსორის მუდმივი სმ-1;

გ- სენსორის გამტარობა siemens-ში.

სენსორის მუდმივი ჩვეულებრივ არ გამოითვლება მისი გეომეტრიული ზომებიდან, მაგრამ იზომება კონკრეტულ საზომ მოწყობილობაში ან კონკრეტულ საზომ ინსტალაციაში ცნობილი გამტარობის ხსნარის გამოყენებით. ეს გაზომილი მნიშვნელობა შედის გამტარობის მრიცხველში, რომელიც ავტომატურად ითვლის გამტარობას გაზომილი გამტარობის ან ხსნარის წინააღმდეგობის მნიშვნელობებიდან. იმის გამო, რომ გამტარობა დამოკიდებულია ხსნარის ტემპერატურაზე, გამტარობის საზომი მოწყობილობები ხშირად შეიცავს ტემპერატურის სენსორს, რომელიც ზომავს ტემპერატურას და უზრუნველყოფს გაზომვების ავტომატური ტემპერატურის კომპენსაციას, ანუ შედეგების მიყვანას სტანდარტულ ტემპერატურამდე 25°C.

გამტარობის გაზომვის უმარტივესი გზაა ძაბვის გამოყენება ხსნარში ჩაძირულ ორ ბრტყელ ელექტროდზე და გაზომეთ დენი. ამ მეთოდს პოტენციომეტრიული ეწოდება. ოჰმის კანონის მიხედვით, გამტარობა გარის მიმდინარე თანაფარდობა მეძაბვისკენ U:

თუმცა, ყველაფერი არ არის ისეთი მარტივი, როგორც ზემოთ აღწერილი - გამტარობის გაზომვისას ბევრი პრობლემაა. თუ პირდაპირი დენი გამოიყენება, იონები გროვდება ელექტროდის ზედაპირებზე. ასევე, ქიმიური რეაქცია შეიძლება მოხდეს ელექტროდის ზედაპირებზე. ეს იწვევს ელექტროდის ზედაპირებზე პოლარიზაციის წინააღმდეგობის გაზრდას, რაც, თავის მხრივ, იწვევს მცდარ შედეგებს. თუ თქვენ ცდილობთ გაზომოთ წინააღმდეგობა ჩვეულებრივი ტესტერით, მაგალითად, ნატრიუმის ქლორიდის ხსნარით, ნათლად დაინახავთ, თუ როგორ იცვლება ციფრული მოწყობილობის ეკრანზე მაჩვენებლები საკმაოდ სწრაფად წინააღმდეგობის გაზრდის მიმართულებით. პოლარიზაციის ეფექტის აღმოსაფხვრელად, ხშირად გამოიყენება ოთხი ელექტროდის სენსორის დიზაინი.

პოლარიზაციის თავიდან აცილება ან, ნებისმიერ შემთხვევაში, შემცირება შესაძლებელია გაზომვისას პირდაპირი დენის ნაცვლად ალტერნატიული დენის გამოყენებით და სიხშირის რეგულირებითაც კი, გამტარებლობის მიხედვით. დაბალი სიხშირეები გამოიყენება დაბალი გამტარობის გასაზომად, სადაც პოლარიზაციის ეფექტი მცირეა. მაღალი გამტარობის გასაზომად გამოიყენება უფრო მაღალი სიხშირეები. ჩვეულებრივ, სიხშირე ავტომატურად რეგულირდება გაზომვის პროცესში, ხსნარის გამტარობის მიღებული მნიშვნელობების გათვალისწინებით. თანამედროვე ციფრული ორი ელექტროდის გამტარობის მრიცხველები, როგორც წესი, იყენებენ კომპლექსურ AC დენის და ტემპერატურის კომპენსაციას. მათი დაკალიბრება ხდება ქარხანაში, მაგრამ ექსპლუატაციის დროს ხშირად საჭიროა ხელახალი კალიბრაცია, რადგან დროთა განმავლობაში იცვლება საზომი უჯრედის (სენსორის) მუდმივი. მაგალითად, ის შეიძლება შეიცვალოს, როდესაც სენსორები ბინძურდება ან ელექტროდები განიცდიან ფიზიკურ და ქიმიურ ცვლილებებს.

ტრადიციულ ორ ელექტროდიანი გამტარობის მრიცხველში (რასაც ჩვენ გამოვიყენებთ ჩვენს ექსპერიმენტში), ორ ელექტროდს შორის გამოიყენება ალტერნატიული ძაბვა და ელექტროდებს შორის გამავალი დენი იზომება. ამ მარტივ მეთოდს აქვს ერთი ნაკლი – იზომება არა მხოლოდ ხსნარის წინაღობა, არამედ ელექტროდების პოლარიზებით გამოწვეული წინაღობაც. პოლარიზაციის გავლენის შესამცირებლად, გამოიყენება ოთხი ელექტროდის სენსორის დიზაინი, ასევე ელექტროდების დაფარვა პლატინის შავით.

ზოგადი მინერალიზაცია

ელექტრული გამტარობის საზომი მოწყობილობები ხშირად გამოიყენება დასადგენად მთლიანი მინერალიზაცია ან მყარი შემცველობა(ინგლისური სულ გახსნილი მყარი, TDS). ეს არის სითხეში შემავალი ორგანული და არაორგანული ნივთიერებების საერთო რაოდენობის საზომი სხვადასხვა ფორმით: იონიზებული, მოლეკულური (დაშლილი), კოლოიდური და სუსპენზია (გაუხსნელი). ხსნარებში შედის ნებისმიერი არაორგანული მარილი. ეს არის ძირითადად კალციუმის, კალიუმის, მაგნიუმის, ნატრიუმის ქლორიდები, ბიკარბონატები და სულფატები, აგრეთვე წყალში გახსნილი ზოგიერთი ორგანული ნივთიერება. იმისათვის, რომ ჩაითვალოს მთლიანი მინერალიზაცია, ნივთიერებები უნდა იყოს გახსნილი ან ძალიან წვრილი ნაწილაკების სახით, რომლებიც გაივლიან 2 მიკრომეტრზე ნაკლები ფორების დიამეტრის მქონე ფილტრებს. ნივთიერებები, რომლებიც მუდმივად შეჩერებულია ხსნარში, მაგრამ ვერ გაივლიან ასეთ ფილტრს, ე.წ შეჩერებული მყარი(ინგლისური მთლიანი შეჩერებული მყარი, TSS). მთლიანი შეჩერებული მყარი ნივთიერებები ჩვეულებრივ იზომება წყლის ხარისხის დასადგენად.

მყარი ნივთიერებების შემცველობის გაზომვის ორი მეთოდი არსებობს: გრავიმეტრული ანალიზი, რომელიც ყველაზე ზუსტი მეთოდია და გამტარობის გაზომვა. პირველი მეთოდი ყველაზე ზუსტია, მაგრამ მოითხოვს დიდ დროს და ლაბორატორიული აღჭურვილობის ხელმისაწვდომობას, რადგან წყალი უნდა აორთქლდეს მშრალი ნარჩენების მისაღებად. ეს ჩვეულებრივ კეთდება 180°C-ზე ლაბორატორიულ პირობებში. სრული აორთქლების შემდეგ, ნარჩენი იწონება ზუსტ ბალანსზე.

მეორე მეთოდი არ არის ისეთი ზუსტი, როგორც გრავიმეტრული ანალიზი. თუმცა, ეს არის ძალიან მოსახერხებელი, ფართოდ გამოყენებული და ყველაზე სწრაფი მეთოდი, რადგან ეს არის გამტარობისა და ტემპერატურის მარტივი გაზომვა, რომელიც შესრულებულია რამდენიმე წამში იაფი საზომი ხელსაწყოთი. სპეციფიკური ელექტრული გამტარობის გაზომვის მეთოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას იმის გამო, რომ წყლის სპეციფიკური გამტარობა პირდაპირ დამოკიდებულია მასში გახსნილი იონიზირებული ნივთიერებების რაოდენობაზე. ეს მეთოდი განსაკუთრებით სასარგებლოა სასმელი წყლის ხარისხის მონიტორინგისთვის ან ხსნარში იონების საერთო რაოდენობის შესაფასებლად.

გაზომილი გამტარობა დამოკიდებულია ხსნარის ტემპერატურაზე. ანუ, რაც უფრო მაღალია ტემპერატურა, მით უფრო მაღალია გამტარობა, რადგან ხსნარში იონები უფრო სწრაფად მოძრაობენ ტემპერატურის მატებასთან ერთად. ტემპერატურისგან დამოუკიდებელი გაზომვების მისაღებად გამოიყენება სტანდარტული (საცნობარო) ტემპერატურის კონცეფცია, რომელზედაც მცირდება გაზომვის შედეგები. საცნობარო ტემპერატურა საშუალებას გაძლევთ შეადაროთ სხვადასხვა ტემპერატურაზე მიღებული შედეგები. ამრიგად, გამტარობის მრიცხველს შეუძლია გაზომოს ფაქტობრივი გამტარობა და შემდეგ გამოიყენოს კორექტირების ფუნქცია, რომელიც ავტომატურად მიიყვანს შედეგს საცნობარო ტემპერატურამდე 20 ან 25°C. თუ საჭიროა ძალიან მაღალი სიზუსტე, ნიმუში შეიძლება მოთავსდეს ღუმელში, შემდეგ მრიცხველის დაკალიბრება შესაძლებელია იმავე ტემპერატურაზე, რომელიც გამოყენებული იქნება გაზომვისას.

თანამედროვე გამტარობის მრიცხველების უმეტესობა აღჭურვილია ჩაშენებული ტემპერატურის სენსორით, რომელიც გამოიყენება როგორც ტემპერატურის კორექტირებისთვის, ასევე ტემპერატურის გასაზომად. ყველაზე მოწინავე ინსტრუმენტებს შეუძლიათ გაზომონ და აჩვენონ გაზომილი მნიშვნელობები გამტარობის, წინააღმდეგობის, მარილიანობის, მთლიანი მარილიანობის და კონცენტრაციის ერთეულებში. თუმცა, კიდევ ერთხელ აღვნიშნავთ, რომ ყველა ეს მოწყობილობა ზომავს მხოლოდ გამტარობას (წინააღმდეგობას) და ტემპერატურას. ყველა ფიზიკური რაოდენობა, რომელსაც ეკრანი აჩვენებს, გამოითვლება მოწყობილობის მიერ გაზომილი ტემპერატურის გათვალისწინებით, რომელიც გამოიყენება ტემპერატურის ავტომატური კომპენსაციისთვის და გაზომილი მნიშვნელობების სტანდარტულ ტემპერატურამდე მიყვანისთვის.

ექსპერიმენტი: მთლიანი მარილიანობისა და გამტარობის გაზომვა

და ბოლოს, ჩვენ ჩავატარებთ რამდენიმე ექსპერიმენტს გამტარობის გასაზომად იაფი TDS-3 მთლიანი მინერალიზაციის მრიცხველის (ასევე უწოდებენ სალინომეტრს, სალინომეტრს ან კონდუქტომეტრს) TDS-3-ის გამოყენებით. "უსახელო" TDS-3 მოწყობილობის ფასი eBay-ზე, მიწოდების ჩათვლით, წერის მომენტისთვის $3.00-ზე ნაკლებია. ზუსტად იგივე მოწყობილობა, მაგრამ მწარმოებლის სახელით უკვე 10-ჯერ ძვირია. მაგრამ ეს არის მათთვის, ვისაც სურს გადაიხადოს ბრენდისთვის, თუმცა არის ძალიან დიდი ალბათობა, რომ ორივე მოწყობილობა გამოვა იმავე ქარხანაში. TDS-3 ასრულებს ტემპერატურის კომპენსაციას და ამისთვის იგი აღჭურვილია ტემპერატურის სენსორით, რომელიც მდებარეობს ელექტროდების გვერდით. ამიტომ, ის ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც თერმომეტრი. კიდევ ერთხელ უნდა აღინიშნოს, რომ მოწყობილობა რეალურად ზომავს არა თავად მინერალიზაციას, არამედ ორ მავთულის ელექტროდს შორის არსებულ წინააღმდეგობას და ხსნარის ტემპერატურას. ყველაფერი დანარჩენი ის ავტომატურად ითვლის კალიბრაციის კოეფიციენტების გამოყენებით.

მთლიანი მინერალიზაციის მრიცხველი დაგეხმარებათ განსაზღვროთ მყარი ნივთიერებების შემცველობა, მაგალითად, სასმელი წყლის ხარისხის მონიტორინგისას ან წყლის მარილიანობის განსაზღვრისას აკვარიუმში ან მტკნარი წყლის აუზში. ის ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას წყლის ხარისხის მონიტორინგისთვის წყლის ფილტრაციისა და გამწმენდის სისტემებში, რათა იცოდეთ, როდის არის ფილტრის ან მემბრანის გამოცვლის დრო. ინსტრუმენტი ქარხნულად დაკალიბრებულია 342 ppm (ნაწილი მილიონზე ან მგ/ლ) ნატრიუმის ქლორიდის ხსნარით NaCl. მოწყობილობის საზომი დიაპაზონი არის 0–9990 ppm ან მგ/ლ. PPM არის ნაწილი მილიონზე, ფარდობითი მნიშვნელობების საზომი განზომილებიანი ერთეული, რომელიც უდრის საბაზისო მნიშვნელობის 1 10-6-ს. მაგალითად, მასობრივი კონცენტრაცია 5 მგ/კგ = 5 მგ 1,000,000 მგ = 5 ppm ან ppm. როგორც პროცენტი არის მეასედი, მემილიონედი არის მემილიონედი. პროცენტები და მემილიონედები მნიშვნელობით ძალიან ჰგავს. ნაწილები მილიონზე, პროცენტებისგან განსხვავებით, მოსახერხებელია ძალიან სუსტი ხსნარების კონცენტრაციის მითითებისთვის.

ინსტრუმენტი ზომავს ელექტრულ გამტარობას ორ ელექტროდს შორის (ანუ წინააღმდეგობის ორმხრივი), შემდეგ გარდაქმნის შედეგს ელექტროგამტარობად (EC ხშირად გამოიყენება ინგლისურ ლიტერატურაში) ზემოთ მოცემული გამტარობის ფორმულის გამოყენებით სენსორის მუდმივი K-ს გათვალისწინებით, შემდეგ ახორციელებს სხვა კონვერტაციას მიღებული გამტარობის გამრავლებით კონვერტაციის კოეფიციენტზე 500. შედეგი არის მთლიანი მინერალიზაციის მნიშვნელობა მილიონზე ნაწილებში (ppm). მეტი ამის შესახებ ქვემოთ.

ეს მთლიანი მინერალიზაციის მრიცხველი არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას მარილის მაღალი შემცველობის წყლის ხარისხის შესამოწმებლად. მარილის მაღალი შემცველობის ნივთიერებების მაგალითებია გარკვეული საკვები (ჩვეულებრივი წვნიანი ნორმალური მარილის შემცველობით 10 გ/ლ) და ზღვის წყალი. ნატრიუმის ქლორიდის მაქსიმალური კონცენტრაცია, რომელიც ამ მოწყობილობას შეუძლია გაზომოს, არის 9990 ppm ან დაახლოებით 10 გ/ლ. ეს არის მარილის ჩვეულებრივი კონცენტრაცია საკვებში. ზღვის წყლის მარილიანობის გაზომვა ამ მრიცხველითაც შეუძლებელია, რადგან ის ჩვეულებრივ არის 35 გ/ლ ან 35000 ppm, რაც გაცილებით მეტია ვიდრე მრიცხველის გაზომვა შეუძლია. თუ თქვენ ცდილობთ გაზომოთ ასეთი მაღალი კონცენტრაცია, მოწყობილობა აჩვენებს შეცდომის შეტყობინებას Err.

TDS-3 მარილის მრიცხველი ზომავს გამტარობას და იყენებს ეგრეთ წოდებულ "500 სკალას" (ან "NaCl სკალას") კალიბრაციისა და კონცენტრირებისთვის. ეს ნიშნავს, რომ კონცენტრაციის მისაღებად მილიონზე ნაწილებში, გამტარობის მნიშვნელობა mS/cm-ში მრავლდება 500-ზე. ანუ, მაგალითად, 1.0 mS/cm მრავლდება 500-ზე, რომ მივიღოთ 500 ppm. სხვადასხვა ინდუსტრია იყენებს სხვადასხვა მასშტაბებს. მაგალითად, ჰიდროპონიკაში გამოიყენება სამი სასწორი: 500, 640 და 700. მათ შორის განსხვავება მხოლოდ ხმარებაშია. 700 სკალა ეფუძნება ხსნარში კალიუმის ქლორიდის კონცენტრაციის გაზომვას და გამტარობის კონცენტრაციაზე გადაქცევა ხდება შემდეგნაირად:

1.0 mS/cm x 700 იძლევა 700 ppm

640 მასშტაბი იყენებს 640 კონვერტაციის ფაქტორს mS ppm-ში გადასაყვანად:

1.0 mS/cm x 640 იძლევა 640 ppm

ჩვენს ექსპერიმენტში ჩვენ ჯერ გავზომავთ გამოხდილი წყლის მთლიან მინერალიზაციას. მარილის მრიცხველი აჩვენებს 0 ppm. მულტიმეტრი აჩვენებს წინააღმდეგობას 1.21 MΩ.

ექსპერიმენტისთვის მოვამზადებთ ნატრიუმის ქლორიდის NaCl ხსნარს 1000 ppm კონცენტრაციით და გავზომავთ კონცენტრაციას TDS-3-ის გამოყენებით. 100 მლ ხსნარის მოსამზადებლად უნდა გავხსნათ 100 მგ ნატრიუმის ქლორიდი და 100 მლ-ს დავამატოთ გამოხდილი წყალი. აწონეთ 100 მგ ნატრიუმის ქლორიდი და მოათავსეთ საზომ ცილინდრში, დაუმატეთ ცოტა გამოხდილი წყალი და ურიეთ, სანამ მარილი მთლიანად არ დაიშლება. შემდეგ დაამატეთ წყალი 100 მლ ნიშნულზე და კვლავ აურიეთ.

წინააღმდეგობის გაზომვა ორ ელექტროდს შორის, რომლებიც დამზადებულია იმავე მასალისაგან და იგივე ზომებით, როგორც TDS-3 ელექტროდები; მულტიმეტრი აჩვენებს 2.5 kOhm-ს

გამტარუნარიანობის ექსპერიმენტული განსაზღვრისათვის გამოვიყენეთ ერთი და იგივე მასალისაგან დამზადებული ორი ელექტროდი და იგივე ზომებით, როგორც TDS-3 ელექტროდები. გაზომილი წინააღმდეგობა იყო 2.5 kOhm.

ახლა, როდესაც ჩვენ ვიცით ნატრიუმის ქლორიდის წინააღმდეგობა და კონცენტრაცია მილიონზე ნაწილებში, შეგვიძლია დაახლოებით გამოვთვალოთ TDS-3 მარილიანი მრიცხველის საზომი უჯრედის მუდმივი ზემოაღნიშნული ფორმულის გამოყენებით:

K = σ/G= 2 mS/cm x 2,5 kΩ = 5 სმ-1

ეს მნიშვნელობა 5 სმ-1 ახლოსაა TDS-3 საზომი უჯრედის მუდმივობის გამოთვლილ მნიშვნელობასთან შემდეგი ელექტროდების ზომებით (იხ. სურათი).

D = 0,5 სმ - მანძილი ელექტროდებს შორის;
W = 0.14 სმ - ელექტროდის სიგანე
L = 1.1 სმ - ელექტროდის სიგრძე

TDS-3 სენსორის მუდმივია K=D/A= 0,5/0,14x1,1 = 3,25 სმ-1. ეს დიდად არ განსხვავდება ზემოთ მიღებული მნიშვნელობისგან. შეგახსენებთ, რომ ზემოაღნიშნული ფორმულა საშუალებას იძლევა მხოლოდ სენსორის მუდმივის სავარაუდო შეფასება.

გაგიჭირდებათ საზომი ერთეულების თარგმნა ერთი ენიდან მეორეზე? კოლეგები მზად არიან დაგეხმაროთ. გამოაქვეყნეთ შეკითხვა TCTerms-ზედა რამდენიმე წუთში მიიღებთ პასუხს.

ამ სტატიაში ჩვენ გამოვავლენთ ელექტრული გამტარობის თემას, გავიხსენებთ რა არის ელექტრული დენი, როგორ არის დაკავშირებული იგი გამტარის წინააღმდეგობასთან და, შესაბამისად, მის ელექტრულ გამტარობასთან. ჩვენ აღვნიშნავთ ამ რაოდენობების გამოთვლის ძირითად ფორმულებს, შევეხებით თემას და მის კავშირს ელექტრული ველის სიძლიერესთან. ასევე შევეხებით ელექტრულ წინააღმდეგობასა და ტემპერატურას შორის ურთიერთობას.

ჯერ გავიხსენოთ რა არის ელექტრული დენი. თუ თქვენ მოათავსებთ ნივთიერებას გარე ელექტრულ ველში, მაშინ ამ ველის ძალების მოქმედებით, ელემენტარული მუხტის მატარებლების - იონების ან ელექტრონების მოძრაობა დაიწყება ნივთიერებაში. ეს იქნება ელექტრული დენი. დენის სიმძლავრე I იზომება ამპერებში, ხოლო ერთი ამპერი არის დენი, რომლის დროსაც ერთი კულონის ტოლი მუხტი მიედინება გამტარის კვეთაზე წამში.

დენი მუდმივია, ცვალებადი, პულსირებადი. პირდაპირი დენი არ ცვლის თავის სიდიდეს და მიმართულებას ნებისმიერ დროს, ალტერნატიული დენი ცვლის სიდიდეს და მიმართულებას დროთა განმავლობაში (ალტერნატიული დენის გენერატორები და ტრანსფორმატორები იძლევა ზუსტად ალტერნატიულ დენს), პულსირებული დენი ცვლის მის სიდიდეს, მაგრამ არ ცვლის მიმართულებას (მაგ. გამოსწორებული ალტერნატიული დენი პულსირებადია).

ნივთიერებებს გააჩნიათ ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ ელექტრული დენის გატარების თვისება და ამ თვისებას ეწოდება ელექტრული გამტარობა, რომელიც განსხვავებულია სხვადასხვა ნივთიერებისთვის.ნივთიერებების ელექტრული გამტარობა დამოკიდებულია მათში თავისუფალი დამუხტული ნაწილაკების კონცენტრაციაზე, ანუ იონებზე და ელექტრონებზე, რომლებიც არ არიან დაკავშირებული არც კრისტალურ სტრუქტურასთან, არც მოლეკულებთან და არც მოცემული ნივთიერების ატომებთან. ამრიგად, ნივთიერებაში თავისუფალი მუხტის მატარებლების კონცენტრაციიდან გამომდინარე, ნივთიერებები იყოფა: გამტარებად, დიელექტრიკებად და ნახევარგამტარებად ელექტრული გამტარობის ხარისხის მიხედვით.

მათ აქვთ უმაღლესი ელექტრული გამტარობა, ხოლო ფიზიკური ბუნებით ბუნებაში გამტარები წარმოდგენილია ორი გვარით: ლითონებით და ელექტროლიტებით. ლითონებში დენი განპირობებულია თავისუფალი ელექტრონების მოძრაობით, ანუ მათი გამტარობა ელექტრონულია, ხოლო ელექტროლიტებში (მჟავების, მარილების, ტუტეების ხსნარებში) ეს გამოწვეულია იონების გადაადგილებით - მოლეკულების ნაწილები, რომლებსაც აქვთ დადებითი და უარყოფითი მუხტი, ანუ ელექტროლიტების გამტარობა იონურია. იონიზებულ ორთქლებსა და აირებს ახასიათებთ შერეული გამტარობა, რომლებშიც დენი განპირობებულია როგორც ელექტრონების, ასევე იონების მოძრაობით.

ელექტრონული თეორია შესანიშნავად ხსნის ლითონების მაღალ ელექტროგამტარობას. ვალენტური ელექტრონების კავშირი მეტალებში მათ ბირთვებთან სუსტია, რადგან ეს ელექტრონები თავისუფლად მოძრაობენ ატომიდან ატომში გამტარის მოცულობის განმავლობაში.

გამოდის, რომ ლითონებში თავისუფალი ელექტრონები ავსებენ სივრცეს ატომებს შორის, როგორიცაა გაზი, ელექტრონული გაზი და არიან ქაოტურ მოძრაობაში. მაგრამ როდესაც ლითონის გამტარი შედის ელექტრულ ველში, თავისუფალი ელექტრონები მოწესრიგებულად გადაადგილდებიან, ისინი გადაადგილდებიან დადებითი პოლუსისკენ, რაც შექმნის დენს. ამრიგად, თავისუფალი ელექტრონების მოწესრიგებულ მოძრაობას მეტალის გამტარში ეწოდება ელექტრული დენი.

ცნობილია, რომ სივრცეში ელექტრული ველის გავრცელების სიჩქარე დაახლოებით უდრის 300 000 000 მ/წმ, ანუ სინათლის სიჩქარეს. ეს არის იგივე სიჩქარე, რომლითაც დენი გადის გამტარში.

Რას ნიშნავს? ეს არ ნიშნავს, რომ მეტალში თითოეული ელექტრონი მოძრაობს ასეთი უზარმაზარი სიჩქარით, დირიჟორში ელექტრონებს, პირიქით, აქვთ სიჩქარე წამში რამდენიმე მილიმეტრიდან რამდენიმე სანტიმეტრამდე წამში, რაც დამოკიდებულია , მაგრამ გავრცელების სიჩქარე ელექტრული დენი გამტარში მხოლოდ სინათლის სიჩქარის ტოლია.

საქმე იმაშია, რომ თითოეული თავისუფალი ელექტრონი აღმოჩნდება სწორედ ამ "ელექტრონული აირის" ზოგად ელექტრონულ ნაკადში და დენის გავლისას ელექტრული ველი მოქმედებს მთელ ამ დინებაზე, რის შედეგადაც ელექტრონები განუწყვეტლივ გადასცემენ ამას. საველე მოქმედება ერთმანეთის მიმართ - მეზობლიდან მეზობელამდე.

მაგრამ ელექტრონები მოძრაობენ თავიანთ ადგილებში ძალიან ნელა, მიუხედავად იმისა, რომ გამტარში ელექტრო ენერგიის გავრცელების სიჩქარე უზარმაზარია. ასე რომ, როდესაც ელექტროსადგურში ჩართულია გადამრთველი, დენი მყისიერად ჩნდება მთელ ქსელში, ხოლო ელექტრონები პრაქტიკულად დგანან.

თუმცა, როდესაც თავისუფალი ელექტრონები მოძრაობენ გამტარის გასწვრივ, ისინი განიცდიან უამრავ შეჯახებას გზაზე, ისინი ეჯახებიან ატომებს, იონებს, მოლეკულებს, გადასცემს მათ ენერგიის ნაწილს. მოძრავი ელექტრონების ენერგია, რომელიც გადალახავს ასეთ წინააღმდეგობას, ნაწილობრივ იშლება სითბოს სახით და გამტარი თბება.

ეს შეჯახებები ემსახურება ელექტრონების მოძრაობის წინააღმდეგობას, ამიტომ გამტარის თვისებას, რათა თავიდან აიცილოს დამუხტული ნაწილაკების მოძრაობა, ეწოდება ელექტრული წინააღმდეგობა. დირიჟორის დაბალი წინააღმდეგობით, დირიჟორი სუსტად თბება დენით, მნიშვნელოვანით ის ბევრად უფრო ძლიერია და თეთრამდეც კი, ეს ეფექტი გამოიყენება გათბობის მოწყობილობებში და ინკანდესენტურ ნათურებში.

წინააღმდეგობის ცვლილების ერთეული არის Ohm. წინააღმდეგობა R \u003d 1 Ohm არის ასეთი გამტარის წინააღმდეგობა, როდესაც მასში 1 ამპერის პირდაპირი დენი გადის, დირიჟორის ბოლოებში პოტენციური განსხვავება არის 1 ვოლტი. წინააღმდეგობის სტანდარტი 1 Ohm არის ვერცხლისწყლის სვეტი 1063 მმ სიმაღლით, 1 კვ.მმ ჯვრის კვეთით 0 °C ტემპერატურაზე.

ვინაიდან გამტარებს ახასიათებთ ელექტრული წინააღმდეგობა, შეიძლება ითქვას, რომ გარკვეულწილად, დირიჟორს შეუძლია ელექტრული დენის გატარება. ამასთან დაკავშირებით, შემოღებულ იქნა რაოდენობა, რომელსაც ეწოდება გამტარობა ან ელექტრული გამტარობა. ელექტრული გამტარობა არის გამტარის უნარი, გაატაროს ელექტრული დენა, ანუ ელექტრული წინააღმდეგობის საპასუხო მოქმედება.

ელექტრული გამტარობის G (გამტარობის) საზომი ერთეულია Siemens (Sm), და 1 Sm = 1/(1 Ohm). G = 1/R.

ვინაიდან სხვადასხვა ნივთიერების ატომები ხელს უშლიან ელექტრული დენის გავლას სხვადასხვა ხარისხით, სხვადასხვა ნივთიერების ელექტრული წინააღმდეგობა განსხვავებულია. ამ მიზეზით შემოიღეს კონცეფცია, რომლის მნიშვნელობაც "p" ახასიათებს ნივთიერების გამტარ თვისებებს.

ელექტრული წინაღობა იზომება Ohm * m-ში, ანუ ნივთიერების კუბის წინააღმდეგობა 1 მეტრის კიდეზე. ანალოგიურად, ნივთიერების ელექტრული გამტარობა ხასიათდება სპეციფიკური ელექტრული გამტარობით?, რომელიც იზომება S/m-ში, ანუ ნივთიერების კუბის გამტარობა 1 მეტრის კიდეზე.

დღეს ელექტროტექნიკაში გამტარი მასალები გამოიყენება ძირითადად ლენტების, საბურავების, მავთულის სახით, გარკვეული კვეთის ფართობით და გარკვეული სიგრძით, მაგრამ არა მეტრიანი კუბების სახით. და კონკრეტული ზომის გამტარებლების ელექტრული წინააღმდეგობის და ელექტრული გამტარობის უფრო მოსახერხებელი გამოთვლებისთვის, შემოღებულ იქნა გაზომვის უფრო მისაღები ერთეულები როგორც ელექტრული წინაღობისთვის, ასევე ელექტრული გამტარობისთვის. Ohm*mm2/m წინაღობისთვის და Sm*m/mm2 ელექტროგამტარობისთვის.

ახლა შეგვიძლია ამის თქმა ელექტრული წინაღობა და ელექტრული გამტარობა ახასიათებს დირიჟორის გამტარ თვისებებს 1 კვ.მმ კვეთის ფართობით, 1 მეტრი სიგრძით 20 ° C ტემპერატურაზე, ეს უფრო მოსახერხებელია.

ლითონებს, როგორიცაა ოქრო, სპილენძი, ვერცხლი, ქრომი, ალუმინი, აქვთ საუკეთესო ელექტროგამტარობა. ფოლადი და რკინა უარესად ატარებენ დენს. სუფთა ლითონებს ყოველთვის აქვთ უკეთესი ელექტრული გამტარობა, ვიდრე მათი შენადნობები, ამიტომ სუფთა სპილენძი სასურველია ელექტროტექნიკაში. თუ თქვენ გჭირდებათ სპეციალურად მაღალი წინააღმდეგობა, გამოიყენეთ ვოლფრამი, ნიქრომი, კონსტანტანი.

ელექტრული წინაღობის ან ელექტრული გამტარობის მნიშვნელობის ცოდნა, ადვილად შეიძლება გამოვთვალოთ მოცემული მასალისგან დამზადებული კონკრეტული გამტარის წინაღობა ან ელექტრული გამტარობა, ამ გამტარის l სიგრძისა და განივი კვეთის ფართობის S გათვალისწინებით.

ყველა მასალის ელექტრული გამტარობა და ელექტრული წინააღმდეგობა დამოკიდებულია ტემპერატურაზე., ვინაიდან კრისტალური მედის ატომების თერმული ვიბრაციების სიხშირე და ამპლიტუდა ასევე იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად, შესაბამისად იზრდება წინააღმდეგობა ელექტრული დენის მიმართ, ელექტრონების ნაკადის მიმართ.

ტემპერატურის შემცირებით, პირიქით, კრისტალური მედის ატომების ვიბრაციები მცირდება, წინააღმდეგობა მცირდება (ელექტრული გამტარობა იზრდება). ზოგიერთ ნივთიერებაში ტემპერატურაზე წინააღმდეგობის დამოკიდებულება ნაკლებად გამოხატულია, ზოგში უფრო ძლიერია. მაგალითად, შენადნობები, როგორიცაა კონსტანტანი, ფეხრალი და მანგანინი, ოდნავ ცვლის წინაღობას გარკვეულ ტემპერატურულ დიაპაზონში, ამიტომ ისინი გამოიყენება თერმოსტაბილური რეზისტორების დასამზადებლად.

საშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთ კონკრეტული მასალისთვის მისი წინააღმდეგობის ზრდა გარკვეულ ტემპერატურაზე და რიცხობრივად ახასიათებთ წინააღმდეგობის შედარებით ზრდას ტემპერატურის 1 °C-ით მატებასთან ერთად.

წინააღმდეგობის ტემპერატურული კოეფიციენტის და ტემპერატურის მატების ცოდნა, ადვილად შეიძლება გამოვთვალოთ ნივთიერების წინაღობა მოცემულ ტემპერატურაზე.

ვიმედოვნებთ, რომ ჩვენი სტატია თქვენთვის სასარგებლო იყო და ახლა თქვენ შეგიძლიათ მარტივად გამოთვალოთ ნებისმიერი მავთულის წინააღმდეგობა და გამტარობა ნებისმიერ ტემპერატურაზე.

პორტალი სტუდენტისთვის. თვითმმართველობის მომზადება