Sử dụng một chai nước làm điện trở

Hôm nay, trong khi uống một ít nước từ chai , tôi bắt đầu đọc thông tin về nước và phát hiện ra rằng độ dẫn điện ( ) ở 25 ° C là 147,9 \ mu S / cm . Vì vậy, tôi nhận thấy rằng có lẽ tôi có thể tính được điện trở của chai nước, từ trên xuống dưới. Sau một số phép đo, tôi phát hiện ra rằng chai có thể xấp xỉ là một hình trụ có chiều cao 18cm và bán kính cơ sở 3cm .$500mL$$\sigma$$25°$$147.9\mu S/cm$$18cm$$3cm$

Vì vậy, chúng ta có thể làm như sau: $R_{eq} = \frac{\rho L}{A}$ , trong đó $\rho = \frac{1}{\sigma}$ là điện trở suất, $L$ là chiều cao của chai và $A$ là cơ sở khu vực. Bằng cách này, tôi đã nhận được $R_{eq} \simeq 4.3k\Omega$ .

Sau đó, tôi đã mua một chai đầy đủ mới, tạo một lỗ ở đáy của nó (tất nhiên là tránh rò rỉ) và đo điện trở (bằng đồng hồ vạn năng kỹ thuật số) từ lỗ này đến "miệng", lúc đầu làm cho nó chỉ bằng đầu của các đầu dò chạm vào nước. Điện trở đo được thực sự rất cao, từ $180k\Omega$ đến thậm chí $1M\Omega$ tùy thuộc vào độ sâu của nước tôi định vị các đầu dò.

Tại sao điện trở đo được khác với những gì tôi tính toán? Tui bỏ lỡ điều gì vậy? Có thể sử dụng một chai nước làm điện trở không?

Chỉnh sửa # 1: Jippie chỉ ra rằng tôi nên sử dụng các điện cực có hình dạng giống như cái chai. Tôi đã sử dụng một số lá nhôm và nó thực sự làm việc! Ngoại trừ lần này tôi đo được ~ $10k\Omega$ chứ không phải $4.3k\Omega$ tôi đã tính. Một điều tôi có thể nhận thấy trong khi chiếu đèn LED bằng nước như một điện trở là điện trở tăng chậm theo thời gian. Hiện tượng này có thể được giải thích bằng sự điện phân xảy ra trong khi dòng điện một chiều đi qua nước (các điện cực dần trở nên tồi tệ hơn do sự tích tụ ion ở bề mặt của chúng)? Điều này sẽ không xảy ra đối với dòng điện xoay chiều, phải không?

Công thức bạn sử dụng là hợp lệ cho một khu vực nhất định, nhưng kích thước của các đầu dò của bạn không ở đâu gần khu vực bạn sử dụng trong tính toán của mình. Nếu bạn muốn xấp xỉ gần hơn, bạn sẽ phải sử dụng các điện cực có kích thước tương tự như khu vực bạn tính toán cột nước, một mặt phẳng trên đỉnh, một mặt phẳng ở dưới cùng.

Tôi đồng ý với @jippie.

Ví dụ, lấy mặt cắt này của một điện trở que carbon lỗi thời:

Bạn nhận thấy các dây không chỉ dính vào thanh carbon - thay vào đó chúng gắn vào các tấm kim loại có cùng đường kính với thanh carbon.

Tương tự với điện trở màng carbon hiện đại hơn:

Ở đây, các dây gắn vào mũ niken kết nối với ống carbon ngay xung quanh chu vi của nó, không chỉ tại một điểm.

Như Jippie đã chỉ ra, một trong những vấn đề là các điện cực của bạn nhỏ hơn nhiều so với những gì tính toán của bạn giả định. Họ dường như cho rằng toàn bộ khu vực trên và dưới của xi lanh sẽ là các điện cực.

Tuy nhiên, điện trở suất của "nước" rất khác nhau. Nước rất tinh khiết và khử ion có điện trở suất rất cao. Điện trở suất của bất kỳ nước thực nào mà bạn có khả năng tiếp cận là tất cả những gì tạp chất có trong đó. Ngay cả số lượng nhỏ có thể tạo ra một sự khác biệt lớn đối với điện trở suất.

Một vấn đề khác để chế tạo điện trở từ nước là sẽ có điện phân ở các điện cực. Không có tạp chất và điện cực trơ (như than chì), bạn sẽ nhận được hydro giải phóng ở một điện cực và oxy khác. Với các tạp chất và các điện cực hoạt động hóa học, rất nhiều điều có thể xảy ra. Ví dụ, nếu bạn điện phân nước muối, một phần bạn sẽ nhận được khí clo. Hầu hết các kim loại sẽ ăn mòn ở một đầu kia nếu được sử dụng làm điện cực.

Nước đơn giản không phải là một chất tốt để tạo ra điện trở.

Tôi đã thử đo độ dẫn của nước một vài lần bằng DMM mà không gặp nhiều may mắn ... hoặc kết quả có thể tái tạo. (sử dụng các đầu dò phẳng lớn.) Đọc này, http://en.wikipedia.org/wiki/Conductivity_(electrolytic)

Tôi nghĩ vấn đề có thể là điện phân DC trong nước / đầu dò kết thúc. Bây giờ tôi sẽ phải thử AC một ngày nào đó!

Chỉnh sửa bổ sung: (Thứ sáu vui vẻ.)
Vì vậy, tôi đã có động lực để đo điện trở của nước.
Tôi đặt một số trụ SS đường kính 1/2 inch trong một bồn nhựa có ~ 1 "nước vòi Buffalo ở phía dưới. (Một hình ảnh và dữ liệu ở đây.)

Tín hiệu từ một bộ tạo chức năng nơi được gửi qua các đầu dò đến một TIA opamp. (R = 1 k ohm) Tôi đã di chuyển các đầu dò xung quanh mức kháng cự ~ 1k ohm (Xem TEK000). Sau đó, tôi mắc kẹt các đầu dò vào một DMM (thang đo sức đề kháng). Điện trở lúc đầu thay đổi nhanh chóng (bắt đầu từ ~ 3k ohm) sau đó từ từ tăng lên ~ 50k Ohm, lúc đó, DMM tự động reo lên và đạt ~ 300k Ohm và sau đó mức kháng cự giảm xuống ~ 200k Ohm.

Sau đó tôi chơi một số, Nhìn vào phản ứng bước, thay đổi biên độ ổ điện áp.
(một lần nữa dữ liệu nằm trong liên kết dropbox)

Sau đó tôi rắc một nhúm muối. Điện trở giảm nhanh xuống ~ 100 Ohms (gần 150) Cố gắng đo bằng DMM, điện trở là 40 k Ohm!

Hằng số thời gian nhanh hơn rất nhiều với muối trong nước.

Để đo điện trở của nước, bạn cần thực hiện AC với tần số nhanh hơn hằng số thời gian của nước. (Hằng số thời gian của nước thay đổi theo nồng độ chất điện phân.)

Tôi đã thực hiện dự án vật lý ở trường trung học về độ dẫn điện DC của nước tinh khiết (32 năm trước) và thấy rằng việc tăng dòng điện làm giảm tuyến tính lúc đầu và sau đó khá đột ngột, trước đây và sau này có thể do điện phân ở các điện cực (như đã đề cập bởi Olin Lathrop) gây ra sự ion hóa, ngược lại với những gì bạn đã tìm thấy.

Khí hydro và khí oxy ở các điện cực sẽ làm giảm diện tích bề mặt dẫn điện của chúng, tăng điện trở suất, nhưng hydro và oxy di chuyển đến từng điện cực sẽ dẫn điện, do đó bạn có thể có tác dụng ngược / cạnh tranh có thể phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của các điện cực. Có lẽ các điện cực của tôi đủ lớn để giảm hiệu ứng trước (giảm diện tích bề mặt) chỉ để lại hiệu ứng sau.

Bạn cần đo điện trở của nước bằng dòng điện xoay chiều. Bạn đo điện áp xoay chiều qua các điện cực và dòng điện xoay chiều đi qua nước và phân chia để có điện trở hiệu quả. Kích thước của các điện cực hoàn toàn cũng sẽ ảnh hưởng đến điện trở hiệu quả. Đo bằng một ohmmeter DC bằng cách sử dụng các điện cực tiếp xúc điểm (đầu chì) sẽ luôn cung cấp cho bạn điện trở cao hơn so với tính toán. Tất cả các loại điều kỳ lạ xảy ra ở giao diện điện cực-nước. Có nhiều bài viết về chủ đề này.

Những gì bạn đang bỏ lỡ trong tính toán là hệ số nhiệt độ để điều chỉnh sự thay đổi nhiệt độ nếu nó không phải là 25 degr C. Đối với hầu hết các ứng dụng có giá trị 2% mỗi degr Celcius.