Bir direnç olarak bir şişe su kullanılması

Bugün, şişeden biraz su içerken , su hakkındaki bilgileri okumaya başladım ve 25 ° C'de iletkenliğin ( ) 147.9 \ sS / cm olduğunu öğrendim . Bu yüzden, su şişesinin direncini yukarıdan aşağıya doğru hesaplayabileceğimin farkına vardım. Bazı ölçümlerden sonra, şişenin 18 cm yüksekliğe ve 3 cm taban yarıçapına sahip bir silindir olarak yaklaştırılabileceğini öğrendim .$500mL$$\sigma$$25°$$147.9\mu S/cm$$18cm$$3cm$

Yani şunları yapabiliriz: $R_{eq} = \frac{\rho L}{A}$ , burada $\rho = \frac{1}{\sigma}$ direnç, $L$ şişenin yüksekliği ve $A$ bazdır alanı. Bunu yaparak $R_{eq} \simeq 4.3k\Omega$ .

Sonra, yeni bir şişe aldım, tabanda bir delik açtım (tabii ki kaçakları önleyerek) ve bu delikten "ağız" a kadar olan direnci ölçtüm (ilk önce sadece ucu) sondalar suya dokunur. Ölçülen direnç, sudaki sondaları ne kadar derin konumlandırdığına bağlı olarak $180k\Omega$ ila 1M \ Omega arasında değişen gerçekten yüksekti $1M\Omega$.

Ölçülen direnç neden hesapladığımdan bu kadar farklı? Bir şey mi eksik? Direnç olarak bir şişe su kullanmak mümkün mü?

Düzenleme # 1: Jippie, elektrotları şişeyle aynı şekilde kullanmam gerektiğini belirtti. Alüminyum folyo kullandım ve gerçekten işe yaradı! Bu süre dışında hesapladığım 4.3k \ Omega'yı değil ~ 10k \ Omega'yı ölçtüm . Bir LED'i bir direnç olarak su ile aydınlatırken farkedebildiğim tek şey, direncin zamanla yavaşça büyümesiydi. Bu fenomen, DC akımı sudan geçerken meydana gelen elektrolizle açıklanabilir mi (elektrotlar yüzeylerindeki iyon birikiminden dolayı yavaş yavaş kötüleşir)? Bu AC akımı için olmaz, değil mi?$10k\Omega$$4.3k\Omega$

Kullandığınız formül belirli bir alan için geçerlidir, ancak problarınızın boyutu hesaplamalarınızda kullandığınız alanın yakınında değildir. Daha yakın bir yaklaşım istiyorsanız, su sütunu hesapladığınız alana benzer boyutta elektrotlar kullanmanız gerekir, biri üstte, diğeri düz.

@Jippie ile aynı fikirdeyim.

Örneğin, eski moda bir karbon çubuk direncinin bu kesitini alın:

Kabloların yalnızca karbon çubuğa yapışmadığını fark edersiniz - bunun yerine karbon çubukla aynı çapta metal plakalara bağlanırlar.

Daha modern bir karbon film direnci ile aynı:

Burada teller, sadece bir noktada değil, çevresinin etrafındaki karbon boruya bağlanan nikel başlıklarına bağlanır.

Jippie'nin de belirttiği gibi, sorunlardan biri, elektrotlarınızın hesapladığınızdan çok daha küçük olmasıydı. Silindirin tüm üst ve alt kısımlarının elektrot olacağı varsayılmaktadır.

Bununla birlikte, "suyun" özdirenci büyük ölçüde değişir. Çok çok saf ve deiyonize su, çok yüksek bir dirence sahiptir. Muhtemelen erişebildiğiniz herhangi bir gerçek suyun direnci, içinde bulunan yabancı maddelerin tümüdür. Küçük miktarlar bile dirençlilikte büyük bir fark yaratabilir.

Sudan bir direnç yapmak için başka bir sorun, elektrotlarda elektroliz olacak. Safsızlık ve inert elektrotlar (grafit gibi) olmadan, bir elektrotta hidrojen, diğerinde oksijen salınacaktır. Kirlilikler ve kimyasal olarak aktif elektrotlar ile birçok şey olabilir. Örneğin, tuzlu suyu elektrolize ederseniz, kısmen klor gazı alırsınız. Elektrot olarak kullanılırsa metallerin çoğu diğer ucunda paslanır.

Su, dirençleri çıkarmak için iyi bir madde değildir.

Suyun iletkenliğini birkaç kez bir DMM ile çok fazla şans olmadan veya tekrarlanabilir sonuçlar olmadan ölçmeye çalıştım. (büyük düz problar kullanarak.) Bunu okuyun, http://en.wikipedia.org/wiki/Conductivity_(electrolytic)

Bence problem su / prob uçlarında DC elektroliz olabilir. Şimdi bir gün AC denemek zorundayım!

Ekleme düzenleme: (Friday Fun.)
Böylece suyun direncini ölçmek için motive oldum.
Bazı 1/2 inç çaplı SS direkleri, altta ~ 1 "Buffalo musluk suyuna sahip plastik bir kap içine koydum. (Bir resim ve veriler burada.)

Problardan bir opamp TIA'ya gönderilen bir fonksiyon jeneratöründen gelen sinyaller. (R = 1 k ohm) Probu yaklaşık ~ 1 k ohm'luk bir direnç etrafında hareket ettirdim (Bkz. TEK000). Sonra probları bir DMM'ye (direnç ölçeği) soktum. Direnç ilk önce hızlı bir şekilde değişti (~ 3k ohm'dan başlayarak) daha sonra yavaş yavaş ~ 50k Ohm'a yükseldi, bu noktada DMM otomatik olarak değişti ve ~ 300k Ohm'a gitti ve sonra direnç ~ 200k Ohm'a düştü.

Sonra biraz çaldım, Adım cevabına baktım, voltaj sürücü genliğini değiştirdim.
(yine veriler dropbox bağlantısındadır)

Sonra bir tutam tuz serpin. Direnç hızla ~ 100 Ohm'a düştü (daha yakın 150) Bir DMM ile ölçmeye çalışıldığında direnç 40 k Ohm oldu!

Zaman sabiti sudaki tuzla çok daha hızlıydı.

Suyun direncini ölçmek için, AC'yi suyun zaman sabitinden daha hızlı olan bir frekansta yapmanız gerekir. (Suyun zaman sabiti elektrolit konsantrasyonuyla değişir.)

Lise fizik projemi saf suyun DC iletkenliği üzerine yaptım (32 yıl önce) ve akımın artmasının ilk önce elektrotlarda elektrolizin (muhtemelen bahsedildiği gibi) neden olduğu eski ve sonuncunun direncini lineer ve sonra oldukça çarpıcı bir şekilde azalttığını öğrendim. (Olin Lathrop tarafından) iyonlaşmaya, bulduklarınızın tam tersi.

Elektrotlardaki hidrojen ve oksijen gazı iletken yüzey alanlarını azaltacak, direnci artıracaktır, ancak elektrotların her birine hareket eden hidrojen ve oksijen elektriği iletecektir, bu nedenle, elektrotların şekline ve boyutuna bağlı olarak ters / rekabet eden etkilere sahip olabilirsiniz. elektrotlar. Belki de elektrotlarım, eski etkiyi (yüzey alanındaki azalma) sadece ikincisini bırakarak indirecek kadar büyüktü.

Bir AC akımı kullanarak suyun direncini ölçmeniz gerekir. Elektrotlar üzerindeki AC voltajını ve sudan geçen AC akımını ölçüp etkin direnç elde etmek için bölün. Elektrotların boyutu da kesinlikle etkili direnci etkileyecektir. Nokta kontak elektrotları (kurşun uçları) kullanarak bir DC ohmmetre ile ölçüm yapmak size her zaman hesaplanan dirençten daha yüksek bir değer verecektir. Elektrot-su arayüzünde her türlü garip şey olur. Konuyla ilgili yazılmış birçok makale var.

Hesaplamalarda kaçırdığınız şey, sıcaklık değişimlerini 25 ° C'den farklı olması durumunda düzeltmek için sıcaklık katsayısıdır. Çoğu uygulama için, derece başına Celcius başına% 2 değerine sahiptir.