題:
用一瓶水作為電阻
Thiago
2014-10-16 22:54:11 UTC
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今天,當我從\ $ 500mL \ $的瓶子中喝水時,我開始閱讀有關水的信息,發現在\ $ 25°\ $ C時的電導率(\ $ \ sigma \ $)為\ $ 147.9 \ mu S / cm \ $。因此,引起我注意的是,也許我可以從上到下計算水瓶的阻力。經過一番測量,我發現瓶子可以近似為一個圓柱體,高度為\ $ 18cm \ $,底半徑為\ $ 3cm \ $。

因此我們可以執行以下操作:\ $ R_ { eq} = \ frac {\ rho L} {A} \ $,其中\ $ \ rho = \ frac {1} {\ sigma} \ $是電阻率,\ $ L \ $是瓶子的高度,\ $ A \ $是基礎區域。這樣,我得到了\ $ R_ {eq} \ simeq 4.3k \ Omega \ $。

然後,我買了一個新的滿瓶,在它的底部打了一個洞(當然是為了避免洩漏),然後首先測量從該孔到“嘴”的電阻(使用數字萬用表),以使只有探針的尖端接觸水。測得的電阻確實很高,取決於我將探頭放置在水深的範圍,從\ $ 180k \ Omega \ $甚至到\ $ 1M \ Omega \ $。

為什麼測得的電阻如此不同根據我的計算?我想念什麼嗎?

編輯#1:Jippie指出我應該使用與瓶子形狀相同的電極。我用了一些鋁箔,它實際上起作用了!除非這次我測量的是〜\ $ 10k \ Omega \ $,而不是我計算出的\ $ 4.3k \ Omega \ $。在用水作為電阻器點亮LED時,我能注意到的一件事是,電阻隨著時間的推移而緩慢增長。可以通過直流電流通過水時發生的電解來解釋這種現象(電極由於其表面的離子積累而逐漸變差)嗎?交流電流不會發生這種情況,對嗎?

水的電導率與水的離子含量有很大關係。
當然可以,但是我想像瓶上標明的電導率足以計算出電阻。
有趣的是,在測試電源之前,我曾使用一個水壺作為電阻。它具有出色的比熱,並且在加熱之前會消耗大量能量。不利的一面是,除非您打算使用交流電,否則電解會將水瓶變成氫彈!
@fuzzyhair2氫彈不僅僅是氧氣和氫氣的混合物:-)
純pH 7的水的電阻很高,但是幾乎所有溶解在其中的水都會大大降低其電阻。另一方面,實際上所有導電電極材料都會與水發生電解反應,對於DC系統,絕緣氧化物層將在一個電極上形成。
@fuzzyhair2,您是否真的嘗試過?我只做了DMM測試。(我將“氫彈”理解為一個裝有水的水的瓶子。)明天,我將在給定的時間進行測量。其餘的人應該嘗試測量水的阻力...如果願意,可以加鹽。(對不起,我希望最後一點不太苛刻。我只是想自己衡量一下。)
@GeorgeHerold幾年前,我在用於自動RO安裝的電導池儀器上做了一些工作(用於醫療應用)。電壓,頻率等和波形很重要,當然應該是交流電。電導率被引用為大量的有效數字。我想知道這是對春天的度量還是某種怪異的轉換。
交流電仍然會發生Electrolisys-您仍然會在電極上產生氣泡。電阻增加的部分原因還在於電極的劣化-電流使金屬從一個電極移動到另一個電極。使用碳棒(本身俱有高電阻,對於電阻測量而言效果不佳)或不銹鋼會減少對電極的影響。另外,由於水和電流在金屬表面上的影響,導線和鋁箔之間的接觸會變差。
電導率測量的誤差線是多少?
這正是家用房間蒸發器的工作方式。說明通常建議在自來水中加入一點聯碳,以降低自來水的阻力。如果您愚蠢地撒一堆鹽,那沸騰的速度就值得一看(不是我*曾經*嘗試過...
七 答案:
jippie
2014-10-16 23:08:03 UTC
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您使用的公式在特定區域內有效,但是探針的大小遠不及您在計算中使用的區域。如果需要更近似的近似值,則必須使用尺寸與計算水柱面積相似的電極,頂部為一個平面,底部為一個平面。

因此,如果在頂部和底部使用此類電極,我的近似值會更好些?將它們與焊接的簡單電線一起使用會好嗎?電極會產生可觀的電容嗎?
當您擁有電介質時,您將獲得電容。水不是導電的,而是導電的。不會有電容,因為來自一個極板的電荷可以通過水傳播到另一個極板。
我將嘗試並在以後添加結果。
嘗試了電極,實際上效果更好。有關該帖子的更多信息。
@Majenko Water具有很高的介電常數-在室溫下約為80。偶極矩很大,這就是原因。由於電介質通常會洩漏的事實並不能改變這一點。
當然,它可能具有較高的介電常數,但這並不意味著它將在兩塊極板之間傳導電荷,使兩塊極板之間的電荷均衡。如果要使用水作為電介質,則必須將板與水絕緣,就像使用電容性方法探測水深或土壤濕度等時一樣。
Majenko
2014-10-16 23:14:40 UTC
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我同意@jippie。

例如,以一個好的老式碳棒電阻器的橫截面為例:

enter image description here

您會注意到電線不只是粘在碳棒中-而是將它們附著到與碳棒相同直徑的金屬板上。

與更現代的碳膜電阻器相同:

enter image description here

在這裡,電線連接到鎳帽,鎳帽與碳管的圓周緊密相連,而不僅僅是在一點上。

將碳膜切割成纏繞陶瓷的螺旋形圖案。因此,它的確只是在很小的範圍內進行聯繫。
是的,但是它仍然會在最後與所有區域保持接觸,而不僅僅是連接導線的單個小點。重要的是,連接是電阻元件的整個尺寸,無論大小如何,而不僅僅是電阻元件上的一個點。
Olin Lathrop
2014-10-17 01:09:09 UTC
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正如吉比(Jippie)所指出的,問題之一是您的電極比您的計算假設要小得多。他們似乎假設圓柱體的整個頂部和底部都是電極。

但是,“水”的電阻率差異很大。非常非常純淨的去離子水俱有很高的電阻率。您可能接觸到的任何真實水的電阻率都與其中的雜質有關。甚至很小的量也會對電阻率產生很大的影響。

由水製成電阻器的另一個問題是,電極上會出現電化學現象。沒有雜質和惰性電極(如石墨),您將在一個電極上釋放出氫氣,而在另一電極上釋放出氧氣。使用雜質和化學活性電極,可能會發生很多事情。例如,如果電解鹽水,則部分會得到氯氣。如果用作電極,大多數金屬會在另一端腐蝕。

水根本不是製造電阻器的好物質。

在過去,大桶的鹹水和可能浸沒在裡面的銅板被用來控制狂歡節上的電動機。因此,它們實際上被用作一種電阻。
幾年前,我在一家工廠看到了類似的裝置,該裝置是在大型塑料薄膜擠出機啟動時使用的。
早期的照明設備有時將水用於調光器。正如奧林說的那樣,水本身不是很有用-向水中添加了鹽或酸可以大大提高電導率。例如,請參見[this](http://www.compulite.com/stagelight/html/history-5/salt-dimmers.html)。
很高興您指出離子會改變水的電導率。+1
George Herold
2014-10-17 00:12:58 UTC
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我嘗試用DMM幾次測量水的電導率,但運氣不佳或無法再現。 (使用大的扁平探針。)閱讀此書, http://en.wikipedia.org/wiki/Conductivity_(electrolytic)

我認為問題可能是直流電解水/探頭末端。現在,有一天我必須嘗試使用AC!

編輯附加內容:(星期五樂趣。)
所以我有動力去測量水的阻力。
我將一些1/2英寸直徑的SS柱子放入一個約1英寸的塑料桶中底部的水牛城自來水。(這裡是圖片和數據。)

來自函數發生器的信號,信號通過探頭髮送到運算放大器TIA(R = 1 k歐姆)我將探頭移動到約1k ohm的電阻周圍(請參閱TEK000),然後將探頭插入DMM(電阻刻度),電阻首先迅速變化(從〜3k ohm開始),然後緩慢上升到〜50k Ohm,這時DMM自動調整範圍,達到〜300k Ohm,然後電阻下降到〜200k Ohm。
(再次數據在保管箱鏈接中)

然後我撒了一點鹽,電阻迅速下降到〜100歐姆(接近150),試圖用數字萬用表測量電阻為40 k歐姆

加入鹽分的時間常數要快得多水。

要測量水的電阻,您需要以比水的時間常數快的頻率進行交流電測量。 (水的時間常數隨電解質濃度而變化。)

@Thiago,非常榮幸。我幾年前曾使用DMM進行過測試,卻永遠無法弄清為什麼它不起作用。您的問題促使我弄清楚了。(請嘗試AC ...與DMM給出的數字大不相同。嘗試在DMM中加入一些鹽。)
timtak
2014-10-19 13:05:08 UTC
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我對高純水的直流電導率做了高中物理研究(32年前),發現增加電流起初線性降低電阻,然後急劇降低,前者和後者可能是由於電極上的電解引起的(如Olin Lathrop所述)引起電離,與您發現的相反。

電極上的氫氣和氧氣會減少其導電錶面積,增加電阻率,但是流向每個電極的氫氣和氧氣會導電,因此您可能會產生反向/競爭效應,具體取決於電極的形狀和大小。也許我的電極足夠大,可以抵消前一種效應(表面積減小)而僅留下後者。

user208431
2018-12-28 23:15:02 UTC
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您需要使用交流電流測量水的電阻。您測量電極兩端的交流電壓和流經水的交流電流,然後進行分相以獲得有效電阻。電極的尺寸絕對也會影響有效電阻。使用直流歐姆表使用點接觸電極(引線尖端)進行測量,將始終獲得比計算出的電阻高的電阻。電極-水界面處會發生各種奇怪的事情。關於這個主題有很多論文。

GR Tech
2014-10-17 06:09:21 UTC
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在計算中您會錯過的是溫度係數,如果溫度不是25攝氏度,它可以校正溫度變化。對於大多數應用,每攝氏度的溫度係數為2%。

這不可能解決預測和測量之間的“巨大”差異。
誰提到了巨大的差異?只要提醒您錯過了什麼。降低投票率意味著您必須完全忽略溫度係數...。真的很有趣!!!
原始錯誤是預期的41倍。進行一些更改後,大約是兩倍。**您的溫度模型無法解釋**。


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