В чем измеряется проводимость воды

Аквариумистика — аквариум новичкам, аквариум любителям, аквариум профессионалам

Самое читаемое

Электрическая проводимость воды служит показателем уровня содержания в ней солей.

Сложно получить абсолютно чистую воду, так как вода — хороший растворитель. Даже дистиллированная вода самого высокого качества всегда имеет некоторое количество примесей, чаще всего — солей. Примеси, даже при низких концентрациях, позволяют воде проводить ток намного лучше, так как соли распадаются на свободные ионы, при помощи которых и передается ток.

Проводимость (величина, обратная сопротивлению) широко используется для определения содержания солей – важного показателя качества воды.

Низкое содержание ионов в воде означает очень низкую проводимость, морская вода обладает высокой проводимостью.

Проводимость воды измеряется в µS/cm (микро-сименс/cm). Для измерения количества солей, растворенных в воде, используется прибор, измеряющий проводимость.

Нормальная проводимость свежей воды, и воды в водоеме составляет от 300 до 1200 µS/cm. При проводимости ниже указанного уровня отмечается недостаток ионов, что означает заниженные буферные свойства воды, низкую сопротивляемость внешним факторам: постоянные колебания уровня pH.

Воду, с проводимостью выше 1200 µS/cm, уже нельзя назвать свежей.

Как правило, бОльшая часть проводимости объясняется солями жесткости. Один немецкий градус жесткости соответствует проводимости около 33 мкС (микросименс).

Вода с жесткостью в 10 d имеет проводимость не менее 330 мкС. Но, как правило, проводимость несколько выше, благодаря присутствию других солей.

Высокий уровень нитратов и добавление поваренной соли также заметно повышают уровень проводимости.

Проводимость важно контролировать при общей склонности воды к «мягкости», чтобы у рыб не было рН шока.

См. также: Портал:Физика

Электропроводность (электри́ческая проводи́мость, проводимость) — способность тела (среды) проводить электрический ток, свойство тела или среды, определяющее возникновение в них электрического тока под воздействием электрического поля. Также физическая величина, характеризующая эту способность и обратная электрическому сопротивлению [1] .

В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения электрической проводимости является сименс (русское обозначение: См; международное: S), определяемый как 1 См = 1 Ом −1 , то есть, как электрическая проводимость участка электрической цепи сопротивлением 1 Ом [2] .

Также термин электропроводность (электропроводность среды, вещества) применяется для обозначения удельной электропроводности (см. ниже).

Под электропроводностью подразумевается способность проводить прежде всего постоянный ток (под воздействием постоянного поля), в отличие от способности диэлектриков откликаться на переменное электрическое поле колебаниями связанных зарядов (переменной поляризацией), создающими переменный ток. Ток проводимости практически не зависит от частоты приложенного поля (до определенных пределов, в области низких частот).

Электропроводность среды (вещества) связана со способностью заряженных частиц (электронов, ионов), содержащихся в этой среде, достаточно свободно перемещаться в ней. Величина электропроводности и ее механизм зависят от природы (строения) данного вещества, его химического состава, агрегатного состояния, а также от физических условий, прежде всего таких, как температура.

Содержание

Удельная электропроводность [ править | править код ]

Удельной электропроводностью (удельной проводимостью) называют меру способности вещества проводить электрический ток. Согласно закону Ома в линейном изотропном веществе удельная проводимость является коэффициентом пропорциональности между плотностью возникающего тока и величиной электрического поля в среде:

J → = σ E → , <displaystyle <vec >=sigma ,<vec >,>

σ <displaystyle sigma >— удельная проводимость, J → <displaystyle <vec >>— вектор плотности тока, E → <displaystyle <vec >>— вектор напряжённости электрического поля.

• Электрическая проводимость G однородного проводника длиной L с постоянным поперечным сечением площадью S может быть выражена через удельную проводимость вещества, из которого сделан проводник:

G = σ S L . <displaystyle G=sigma <frac >.>

• В системе СИ удельная электропроводность измеряется в сименсах на метр (См/м) или в Ом −1 ·м −1 . В СГСЭ единицей удельной электропроводности является обратная секунда (с −1 ).

В неоднородной среде σ может зависеть (и в общем случае зависит) от координат, то есть не совпадает в различных точках проводника.

Удельная проводимость анизотропных (в отличие от изотропных) сред является, вообще говоря, не скаляром, а тензором (симметричным тензором ранга 2), и умножение на него сводится к матричному умножению:

J i = ∑ k = 1 3 σ i k E k , <displaystyle J_=sum limits _^<3>sigma _,E_,>

при этом векторы плотности тока и напряжённости поля в общем случае не коллинеарны.

Для любой линейной среды можно выбрать локально (а если среда однородная, то и глобально) т. н. собственный базис — ортогональную систему декартовых координат, в которых матрица σ i k <displaystyle sigma _> становится диагональной, то есть приобретает вид, при котором из девяти компонент σ i k <displaystyle sigma _> отличными от нуля являются лишь три: σ 11 <displaystyle sigma _<11>> , σ 22 <displaystyle sigma _<22>> и σ 33 <displaystyle sigma _<33>> . В этом случае, обозначив σ i i <displaystyle sigma _> как σ i <displaystyle sigma _> , вместо предыдущей формулы получаем более простую

J i = σ i E i . <displaystyle J_=sigma _E_.>

Величины σ i <displaystyle sigma _> называют главными значениями тензора удельной проводимости. В общем случае приведённое соотношение выполняется только в одной системе координат [3] .

Величина, обратная удельной проводимости, называется удельным сопротивлением.

Вообще говоря, линейное соотношение, написанное выше (как скалярное, так и тензорное), верно в лучшем случае [4] приближённо, причём приближение это хорошо только для сравнительно малых величин E . Впрочем, и при таких величинах E , когда отклонения от линейности заметны, удельная электропроводность может сохранять свою роль в качестве коэффициента при линейном члене разложения, тогда как другие, старшие, члены разложения дадут поправки, обеспечивающие хорошую точность.

Также в случае нелинейной зависимости J от E (то есть в общем случае) может явно вводиться дифференциальная удельная электропроводность, зависящая от E :

σ = d J / d E <displaystyle sigma =dJ/dE> (для анизотропных сред: σ i k = d J i / d E k <displaystyle sigma _=dJ_/dE_> ).

Электропроводность и носители тока [ править | править код ]

Электропроводность всех веществ связана с наличием в них носителей тока (носителей заряда) — подвижных заряженных частиц (электронов, ионов) или квазичастиц (например, дырок в полупроводнике), способных перемещаться в данном веществе на большое расстояние, упрощенно можно сказать, что имеется в виду что такая частица или квазичастица должна быть способна пройти в данном веществе сколь угодно большое, по крайней мере макроскопическое, расстояние, хотя в некоторых частных случаях носители могут меняться, рождаясь и уничтожаясь (вообще говоря, иногда, возможно, и через очень небольшое расстояние), и переносить ток, сменяя друг друга [5] .

Поскольку плотность тока определяется формулой

j → = q n v → c p . <displaystyle <vec >=qn<vec >_> для одного типа носителей, где q — заряд одного носителя, n — концентрация носителей, v_ср. — средняя скорость их движения,

j → = ∑ i q i n i v → i c p . <displaystyle <vec >=sum _q_n_<vec >_> для более чем одного вида носителей, нумеруемых индексом i, принимающим значение от 1 до количества типов носителей, у каждого из которых может быть свой заряд (отличающийся величиной и знаком), своя концентрация, своя средняя скорость движения (суммирование в этой формуле подразумевается по всем имеющимся типам носителей),

то, учитывая, что (установившаяся) средняя скорость каждого типа частиц при движении в конкретном веществе (среде) пропорциональна приложенному электрическому полю (в том случае, когда движение вызвано именно этим полем, что мы здесь и рассматриваем):

v → c p . = μ E → , <displaystyle <vec >_=mu <vec >,>

где μ — коэффициент пропорциональности, называемый подвижностью и зависящий от вида носителя тока в данной конкретной среде [6] ,

видим, что для электропроводности справедливо:

σ = q n μ <displaystyle sigma =qnmu >

σ = ∑ i q i n i μ i <displaystyle sigma =sum _q_n_mu _> для более чем одного вида носителей.

Механизмы электропроводности и электропроводность различных классов веществ [ править | править код ]

Электропроводность металлов [ править | править код ]

Ещё до открытия электронов было обнаружено, что протекание тока в металлах, в отличие от тока в жидких электролитах, не обусловлено переносом вещества металла. Эксперимент, который выполнил немецкий физик Карл Виктор Эдуард Рикке (Riecke Carl Viktor Eduard) в 1901 году, состоял в том, что через контакты различных металлов, — двух медных и одного алюминиевого цилиндра с тщательно отшлифованными торцами, поставленными один на другой, в течение года пропускался постоянный электрический ток. Затем исследовался состав материала вблизи контактов. Оказалось, что переноса вещества металла через границу не происходит и вещество по разные стороны границы раздела имеет тот же состав, что и до пропускания тока. Таким образом было показано, что перенос электрического тока осуществляется не атомами и молекулами металлов. Однако эти опыты не дали ответа на вопрос о природе носителей заряда в металлах [7] .

Связь с коэффициентом теплопроводности [ править | править код ]

Закон Видемана — Франца, выполняющийся для металлов при высоких температурах, устанавливает однозначную связь удельной электрической проводимости σ <displaystyle sigma > с коэффициентом теплопроводности K :

K σ = π 2 3 ( k e ) 2 T , <displaystyle <frac <sigma >>=<frac <pi ^<2>><3>><left(<frac >
ight)^<2>>T,>

где k — постоянная Больцмана, e — элементарный заряд. Эта связь основана на том факте, что как электропроводность, так и теплопроводность в металлах обусловлены движением свободных электронов проводимости.

Электропроводность растворов [ править | править код ]

Скорость движения ионов зависит от напряженности электрического поля, температуры, вязкости раствора, радиуса и заряда иона и межионного взаимодействия.

У растворов сильных электролитов наблюдается характер концентрационной зависимости электрической проводимости объясняется действием двух взаимнопротивоположных эффектов. С одной стороны, с ростом разбавления уменьшается число ионов в единице объёма раствора. С другой стороны, возрастает их скорость за счет ослабления торможения ионами противоположного знака.

Для растворов слабых электролитов наблюдается характер концентрационной зависимости электрической проводимости можно объяснить тем, что рост разбавления ведёт, с одной стороны, к уменьшению концентрации молекул электролита. В то же время возрастает число ионов за счёт роста степени ионизации.

В отличие от металлов (проводники 1-го рода) электрическая проводимость растворов как слабых, так и сильных электролитов (проводники 2-го рода) при повышении температуры возрастает. Этот факт можно объяснить увеличением подвижности в результате понижения вязкости раствора и ослаблением межионного взаимодействия

Электрофоретический эффект — возникновение торможения носителей вследствие того, что ионы противоположного знака под действием электрического поля двигаются в направлении, обратном направлению движения рассматриваемого иона

Релаксационый эффект — торможение носителей в связи с тем, что ионы при движении расположены асимметрично по отношению к их ионным атмосферам. Накопление зарядов противоположного знака в пространстве за ионом приводит к торможению его движения.

При больших напряжениях электрического поля скорость движения ионов настолько велика, что ионная атмосфера не успевает образоваться. В результате электрофоретическое и релаксационное торможение не проявляется.

Удельная электропроводность некоторых веществ (таблица) [ править | править код ]

Удельная проводимость приведена при температуре +20 °C [8] :

Электропроводность воды (далее возможно ЭВ) – очень важное для каждого из нас свойство воды.

Каждый человек должен знать, что вода, как правило, обладает электропроводностью. Незнание этого факта может привести к пагубным последствиям для жизни и здоровья.

Например, категорически запрещается пользоваться электроприборами, принимая ванну или душ, строго запрещается купаться в открытых водоемах во время грозы …

Дадим несколько определений понятию электропроводности …

Электропроводность вещества — это …

Политехнический терминологический толковый словарь

Скалярная величина, характеризующая электропроводность вещества и равная отношению плотности электрического тока проводимости к напряженности электрического поля.

Свойство вещества проводить неизменяющийся во времени электрический ток под действием неизменяющегося во времени электрического поля.

Политехнический терминологический толковый словарь. Составление: В. Бутаков, И. Фаградянц. 2014

Толковый словарь Ушакова

Электропроводность ( электропроводности, мн. нет, жен. (физ.)) — способность проводить, пропускать электричество.

Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935-1940

Большая политехническая энциклопедия

Электропроводность или Электрическая проводимость — свойство вещества проводить под действием не изменяющегося электрического поля неизменяющийся во времени электрический ток. Э. п. обусловлена наличием в веществе подвижных электрических зарядов — носителей тока. Видом носителя тока определяется электронная (у металлов и полупроводников), ионная (у электролитов), электронно-ионная (у плазмы) и дырочная (совместно с электронной) (у полупроводников). В зависимости от удельной электрической проводимости все тела делят на проводники , полупроводники и диэлектрики, физ. величина, обратная электрическому сопротивлению. В СИ единицей электрической проводимости является сименс (см.); 1 См = 1 Ом-1.

Большая политехническая энциклопедия. — М.: Мир и образование. Рязанцев В. Д.. 2011

Электропроводность воды — это …

Политехнический терминологический толковый словарь

Электропроводность воды – это показатель проводимости водой электрического тока, характеризующий содержание солей в воде.

Политехнический терминологический толковый словарь. Составление: В. Бутаков, И. Фаградянц. 2014

Морской энциклопедический справочник

Электропроводность морской воды — способность морской воды проводить ток под действием внешнего электрического поля благодаря наличию в ней носителей электрических зарядов — ионов растворенных солей, главным образом NaCl. Электропроводность морской воды увеличивается пропорционально повышению ее солености и в 100 — 1000 раз больше, чем у речной воды. Зависит также от температуры воды.

Морской энциклопедический справочник. — Л.: Судостроение. Под редакцией академика Н. Н. Исанина. 1986

Из приведенных выше определений становится очевидным, что величина электропроводности воды не является константой, а зависит от наличия в ней солей и других примесей. Так, например, электропроводность дистиллированной воды минимальна.

Как же узнать ЭВ и как ее измерить …

Кондуктометрия — измерение электропроводности воды

Для измерения электропроводности воды используется метод Кондуктометрия (смотрите определения ниже), а приборы, с помощью которых производят измерения электропроводности, имеют созвучное методу название – Кондуктометры.

Кондуктометрия — это …

Толковый словарь иностранных слов

Кондуктометрия и, мн. нет, ж. (нем. Konduktometrie Толковый словарь иностранных слов Л. П. Крысина.- М: Русский язык, 1998

Энциклопедический словарь

Кондуктометрия (от англ. conductivity — электропроводность и греч. metreo — измеряю) — электрохимический метод анализа, основанный на измерении электрической проводимости растворов. Применяют для определения концентрации растворов солей, кислот, оснований, контроля состава некоторых промышленных растворов.

Энциклопедический словарь. 2009

Удельная электропроводность воды

И в завершение приведем несколько значений удельной электропроводности для различных видов вод*.

Удельная электропроводность воды — это …

Справочник технического переводчика

Удельная электропроводность воды — электропроводность единицы объема воды.

Значения удельной электропроводности различных вод * :

• Водопроводная вода – 36,30 мкСМ/м;
• Дистиллированная вода – 0,63 мкСМ/м;
• Питьевая (бутилированная) – 20,2 мкСМ/м;
• Питьевая вымороженная – 19,3 мкСМ/м;
• Водопроводная вымороженная – 22 мкСМ/м.

* Статья «Электропроводность образцов питьевой воды разной степени чистоты» Авторы: Воробьёва Людмила Борисовна. Журнал: «Интерэкспо Гео-Сибирь Выпуск № -5 / том 1 / 2012».

Электропроводность воды, или что такое кондуктометрия

ДАТА СОЗДАНИЯ ПУБЛИКАЦИИ: Мар 3, 2016 22:07 Waterman