물병을 저항기로 사용

오늘 병 에서 물을 조금 마시면서 물에 대한 정보를 읽기 시작했고 25 ° C 에서 전도도 ( ) 가 147.9 \ mu S / cm 인 것을 알았습니다 . 그래서 물병의 저항을 위에서 아래로 계산할 수 있다는 것이 주목을 받았습니다. 약간의 측정 후, 병의 높이 가 18cm , 기본 반경이 3cm 인 실린더로 추정 될 수 있음을 알게되었습니다 .$500mL$$\sigma$$25°$$147.9\mu S/cm$$18cm$$3cm$

따라서 우리는 다음과 같이 할 수 있습니다 : $R_{eq} = \frac{\rho L}{A}$ , 여기서 $\rho = \frac{1}{\sigma}$ 는 저항, $L$ 은 병의 높이, $A$ 는 밑입니다 지역. 이렇게하면 $R_{eq} \simeq 4.3k\Omega$ 입니다.

그런 다음 새 병을 구입하고 바닥에 구멍을 뚫고 (물론 누출을 피함)이 구멍에서 "입"까지의 저항 (디지털 멀티 미터로)을 측정하여 처음에는 끝 부분 만 프로브가 물에 닿습니다. 측정 된 저항은 프로브의 위치를 ​​결정하는 수심에 따라 $180k\Omega$ 에서 1M \ Omega 까지 매우 높았습니다 $1M\Omega$.

측정 된 저항이 내가 계산 한 것과 다른 이유는 무엇입니까? 뭔가 빠졌습니까? 물병을 저항기로 사용할 수 있습니까?

편집 # 1 : Jippie는 병과 같은 모양의 전극을 사용해야한다고 지적했습니다. 알루미늄 호일을 사용했는데 실제로 효과가있었습니다! 이 시간을 제외하고는 ~ 10k \ Omega를 측정 했지만 4.3k \ Omega는 계산 $10k\Omega$하지 않았습니다 . 저항으로 물로 LED를 켜는 동안 알 수 있었던 한 가지는 시간이 지남에 따라 저항이 천천히 커지고 있다는 것입니다. DC 전류가 물을 통과하는 동안 발생하는 전기 분해에 의해이 현상이 설명 될 수 있습니까 (전극 표면에 이온 축적으로 인해 전극이 천천히 악화됨)? 이것은 AC 전류에서는 발생하지 않습니다.$4.3k\Omega$

사용하는 공식은 특정 영역에 유효하지만 프로브 크기는 계산에 사용한 영역 근처에 없습니다. 더 가까운 근사치를 원한다면, 수위를 계산 한 면적과 비슷한 크기의 전극을 사용해야합니다. 하나는 평평하고 하나는 평평합니다.

@jippie에 동의합니다.

예를 들어, 구식 탄소 막대 저항의 다음과 같은 단면을 취하십시오.

와이어는 탄소 막대에 꽂 히지 않고 탄소 막대와 동일한 직경의 금속판에 부착됩니다.

보다 현대적인 탄소 필름 저항과 동일합니다.

여기에서 전선은 한 지점이 아니라 원주 둘레에서 탄소 튜브와 연결되는 니켈 캡에 부착됩니다.

Jippie가 이미 지적했듯이 문제 중 하나는 전극이 계산에서 가정 한 것보다 훨씬 작다는 것입니다. 그들은 실린더의 전체 상단과 하단 영역이 전극이라고 가정합니다.

그러나 "물"의 저항률은 매우 다양합니다. 매우 순수하고 탈 이온수는 매우 높은 저항력을 가지고 있습니다. 당신이 접근 할 수있는 실제 물의 저항력은 그 안에 불순물이 무엇인지에 관한 것입니다. 적은 양이라도 저항률에 큰 차이를 만들 수 있습니다.

물로 저항을 만드는 또 다른 문제는 전극에 electrolisys가 있다는 것입니다. 불순물 및 불활성 전극 (흑연과 같은)이 없으면 한 전극에서 수소가 방출되고 다른 전극에서 산소가 방출됩니다. 불순물 및 화학적 활성 전극을 사용하면 많은 일이 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 바닷물을 전해하면 부분적으로 염소 가스를 얻게됩니다. 전극으로 사용하는 경우 대부분의 금속은 다른 쪽 끝에서 부식됩니다.

물은 단순히 저항을 만들어내는 좋은 물질이 아닙니다.

DMM을 사용하여 물의 전도도를 몇 번이나 측정했지만 많은 운이 없거나 재현 가능한 결과를 얻지 못했습니다. (큰 평평한 프로브 사용)이 내용을 읽고 http://en.wikipedia.org/wiki/Conductivity_ (전해)

물 / 프로브 끝에서 DC 전기 분해가 문제 일 수 있다고 생각합니다. 이제 언젠가는 AC를 시도해야합니다!

추가 편집 : (금요일 재미.)
그래서 물의 저항을 측정하도록 동기를 부여했습니다.
바닥에 ~ 1 인치의 버팔로 수돗물이있는 플라스틱 욕조에 1/2 인치 직경의 SS 기둥을 넣었습니다. (사진과 데이터는 여기에 있습니다.)

프로브를 통해 opamp TIA로 전송되는 함수 발생기의 신호. (R = 1 k ohm) 나는 ~ 1k ohm의 저항 주위에서 프로브를 움직였습니다 (TEK000 참조). 그런 다음 프로브를 DMM (저항 스케일)에 꽂았습니다. 저항은 처음에 빠르게 (~ 3k ohm에서 시작) 급격히 변한 후 ~ 50k Ohm까지 천천히 상승했으며,이 시점에서 DMM 자동 범위가 ~ 300k Ohm이되었고 저항은 ~ 200k Ohm으로 떨어졌습니다.

그런 다음 몇 가지를 연주하고 단계 응답을보고 전압 구동 진폭을 변경했습니다.
(다시 데이터는 보관 용 링크에 있습니다)

나는 소금 한 덩어리를 뿌렸다. 저항은 ~ 100 Ohms (더 가까이 150)로 빠르게 떨어졌습니다. DMM으로 측정하려고 시도한 결과 저항은 40 k Ohm입니다!

시간 상수는 물 속의 소금으로 훨씬 빨랐습니다.

물의 저항을 측정하려면 물의 시간 상수보다 빠른 주파수로 AC를 수행해야합니다. (물의 시정 수는 전해질 농도에 따라 변합니다.)

나는 순수한 물의 DC 전도도 (32 년 전)에 관한 고등 물리학 프로젝트를했는데, 전류를 증가 시키면 처음에는 저항이 선형 적으로 감소한 다음 전극에서 전기 분해에 의해 발생하는 전자의 후자는 상당히 극적으로 감소한다는 것을 알았습니다. by Olin Lathrop)에 의해 이온화가 발생합니다.

전극의 수소 및 산소 가스는 전도성 표면적을 감소시켜 저항률을 증가 시키지만, 각 전극으로 이동하는 수소 및 산소는 전기를 전도 할 것입니다. 전극. 아마도 내 전극은 전자의 효과 (표면적의 감소)를 후자 만 남길 정도로 충분히 클 수있었습니다.

AC 전류를 사용하여 물의 저항을 측정해야합니다. 전극을 가로 지르는 AC 전압과 물을 통과하는 AC 전류를 측정하고 효과적인 저항을 얻기 위해 나눕니다. 전극의 크기는 유효 저항에도 절대적으로 영향을 미칩니다. 점 접촉 전극 (리드 팁)을 사용하여 DC 저항계로 측정하면 항상 계산 된 저항보다 높아집니다. 전극-물 계면에서 모든 종류의 이상한 일들이 일어납니다. 주제에 관한 많은 논문이 있습니다.

계산에서 빠뜨린 것은 온도가 25 ℃가 아닌 경우 온도 변화를 보정하기위한 온도 계수입니다. 대부분의 응용 분야에서 섭씨 2 도의 값이 있습니다.