Menggunakan sebotol air sebagai penghambat

36

Hari ini, sambil minum air dari botol 500mL , saya mulai membaca info tentang air dan menemukan bahwa konduktivitas ( σ ) pada C adalah . Jadi menarik perhatian saya bahwa mungkin saya bisa menghitung ketahanan botol air, dari atas ke bawah. Setelah beberapa pengukuran, saya menemukan bahwa botol dapat diperkirakan sebagai sebuah silinder dengan tinggi 18cm dan jari-jari dasar 3cm .25°147.9μS/cm18cm3cm

Jadi kita dapat melakukan hal berikut: , di mana adalah resistivitas, adalah tinggi botol dan adalah alas daerah. Dengan melakukan ini, saya dapat .Req=ρLAρ=1σLAReq4.3kΩ

Kemudian, saya membeli botol penuh baru, membuat lubang di bagian bawahnya (tentu saja menghindari kebocoran) dan mengukur resistansi (dengan multimeter digital) dari lubang ini ke "mulut", pada awalnya membuatnya hanya ujungnya saja. probe menyentuh air. Resistansi yang diukur sangat tinggi, mulai dari 180kΩ hingga 1MΩ tergantung pada seberapa dalam air saya memposisikan probe.

Mengapa hambatan yang diukur sangat berbeda dari yang saya hitung? Apakah saya melewatkan sesuatu? Apakah mungkin menggunakan botol air sebagai resistor?

Sunting # 1: Jippie menunjukkan bahwa saya harus menggunakan elektroda dengan bentuk yang sama dengan botol. Saya menggunakan beberapa aluminium foil dan itu benar-benar berhasil! Kecuali saat ini saya mengukur ~ 10kΩ dan bukan 4.3kΩ saya hitung. Satu hal yang saya bisa perhatikan ketika menyalakan LED dengan air sebagai resistor adalah resistansi itu perlahan-lahan tumbuh seiring waktu. Bisakah fenomena ini dijelaskan oleh elektrolisis yang terjadi ketika arus DC bergerak melalui air (elektroda perlahan semakin memburuk karena akumulasi ion di permukaannya)? Ini tidak akan terjadi untuk arus AC, kan?

Thiago
sumber
6
Konduktivitas air akan sangat berkaitan dengan kandungan ionik air.
Scott Seidman
1
Tentu saja, tetapi saya membayangkan bahwa konduktivitas yang dinyatakan pada botol akan cukup untuk menghitung resistansi.
Thiago
2
Menariknya, saya telah menggunakan botol air sebagai resistor sebelumnya untuk menguji catu daya saya. Ini memiliki panas spesifik yang sangat baik dan dapat mengambil banyak energi sebelum memanas. Sisi buruknya adalah kecuali Anda berencana untuk bekerja dengan arus bolak-balik, elektrolisis mengubah botol air Anda menjadi bom hidrogen!
fuzzyhair2
6
@ fuzzyhair2 Bom hidrogen bukan hanya campuran oksigen dan hidrogen :-)
1
Resistensi air pH 7 murni cukup tinggi, tetapi hampir semua yang terlarut di dalamnya akan menurunkan resistansi secara dramatis. Di sisi lain, hampir semua bahan elektroda konduktif bereaksi secara elektrolitik dengan air, dan, untuk sistem DC, lapisan oksida isolasi akan berkembang pada satu elektroda.
Hot Licks

Jawaban:

24

Rumus yang Anda gunakan valid untuk area tertentu, tetapi ukuran probe Anda tidak berada di dekat area yang Anda gunakan dalam perhitungan Anda. Jika Anda menginginkan perkiraan yang lebih dekat, Anda harus menggunakan elektroda dengan ukuran yang sama dengan area yang Anda hitung untuk kolom air, satu flat di atas, satu flat di bawah.

jippie
sumber
Jadi perkiraan saya akan lebih baik jika saya menggunakan elektroda seperti itu di bagian atas dan di bagian bawah? Apakah baik-baik saja menggunakannya dengan kabel sederhana yang disolder? Apakah elektroda menghasilkan kapasitansi yang cukup besar?
Thiago
Anda mendapatkan kapasitansi saat memiliki dielektrik. Air bukanlah dielektrik, seperti kondisinya. Tidak akan ada kapasitansi karena muatan dari satu lempeng dapat mengalir melalui air ke lempeng lainnya.
Majenko
Saya akan mencobanya dan menambahkan hasilnya nanti.
Thiago
Mencoba elektroda dan itu benar-benar menjadi jauh lebih baik. Info lebih lanjut tentang pos.
Thiago
1
Tentu, itu mungkin memiliki dielektrik yang tinggi, tetapi itu tidak berarti ia akan menahan muatan di antara dua lempeng ketika ia melakukan pengisian di antara pelat yang menyamakan muatan. Jika Anda ingin menggunakan air sebagai dielektrik, Anda harus mengisolasi pelat dari air, seperti yang Anda lakukan ketika Anda ingin menggunakan metode kapasitif untuk menyelidiki kedalaman air, atau kadar air tanah, dll.
Majenko
13

Saya setuju dengan @jippie.

Misalnya, ambil potongan melintang resistor batang karbon kuno yang baik ini:

masukkan deskripsi gambar di sini

Anda perhatikan bahwa kabel tidak hanya menempel pada batang karbon - tetapi mereka juga menempel pada pelat logam dengan diameter yang sama dengan batang karbon.

Sama dengan resistor film karbon yang lebih modern:

masukkan deskripsi gambar di sini

Di sini kabel menempel pada tutup nikel yang terhubung dengan tabung karbon tepat di sekelilingnya, tidak hanya pada satu titik.

Majenko
sumber
2
Film karbon dipotong menjadi pola spiral yang membungkus keramik. Jadi sebagian besar hanya melakukan kontak di area kecil.
George Herold
Ya, tapi itu masih akan membuat kontak dengan semua area pada akhirnya, bukan hanya satu titik kecil di mana kawat terhubung. Yang penting adalah bahwa koneksi adalah seluruh ukuran elemen resistif, apa pun itu, bukan hanya titik pada elemen resistif itu.
Majenko
9

Seperti yang Jippie tunjukkan, salah satu masalahnya adalah elektroda Anda jauh lebih kecil daripada yang diasumsikan perhitungan Anda. Mereka tampaknya menganggap seluruh area atas dan bawah silinder adalah elektroda.

Namun, resistivitas "air" sangat bervariasi. Air yang sangat sangat murni dan deionisasi memiliki resistivitas sangat tinggi. Tahanan jenis air asli apa pun yang Anda mungkin memiliki akses adalah tentang apa yang ada di dalamnya. Bahkan jumlah kecil dapat membuat perbedaan besar untuk resistivitas.

Masalah lain untuk membuat resistor dari air adalah bahwa akan ada elektrolisis di elektroda. Tanpa pengotor dan elektroda inert (seperti grafit), Anda akan mendapatkan hidrogen pada satu elektroda dan oksigen di yang lain. Dengan pengotor dan elektroda aktif secara kimia, banyak hal bisa terjadi. Misalnya, jika Anda mengelektrolisis air garam, Anda akan mendapatkan gas klor. Sebagian besar logam akan menimbulkan korosi di satu ujung yang lain jika digunakan sebagai elektroda.

Air bukanlah zat yang baik untuk membuat resistor.

Olin Lathrop
sumber
2
Di masa lalu, tong besar berisi air asin dengan pelat tembaga yang bisa tenggelam di dalamnya, digunakan untuk mengendalikan motor listrik di karnaval. Jadi mereka sebenarnya digunakan sebagai semacam resistor.
jippie
Saya melihat setup seperti itu di sebuah pabrik beberapa tahun yang lalu, digunakan pada saat startup dari ekstruder film plastik besar atau sesuatu seperti itu.
brhans
Pengaturan pencahayaan tahap awal terkadang menggunakan air untuk dimmer. Seperti kata Olin air dengan sendirinya tidak terlalu berguna - ada garam atau asam yang ditambahkan ke air untuk meningkatkan konduktivitas. Lihat ini misalnya.
Spehro Pefhany
Bagus bahwa Anda menunjukkan bahwa ion membuat perubahan pada konduktivitas air. +1
RawBean
5

Saya sudah mencoba mengukur konduktivitas air beberapa kali dengan DMM tanpa banyak keberuntungan ... atau hasil yang dapat direproduksi. (menggunakan probe datar besar.) Membaca ini, http://en.wikipedia.org/wiki/Conductivity_(electrolytic)

Saya pikir masalahnya mungkin elektrolisis DC di ujung air / probe. Sekarang saya harus mencobanya AC suatu hari nanti!

Sunting penambahan: (Jumat Menyenangkan.)
Jadi saya termotivasi untuk mengukur ketahanan air.
Saya meletakkan beberapa tiang SS berdiameter 1/2 inci di bak plastik dengan ~ 1 "air keran Buffalo di bagian bawah. (Gambar dan data ada di sini.)

Sinyal dari generator fungsi di mana dikirim melalui probe ke TIA opamp. (R = 1 k ohm) Saya memindahkan probe di sekitar ~ 1k ohm dari resistansi (Lihat TEK000). Lalu saya memasukkan probe ke DMM (skala resistensi). Perlawanan berubah dengan cepat pada awalnya (mulai dari ~ 3k ohm) kemudian perlahan naik hingga ~ 50k Ohm, di mana titik DMM otomatis berkisar dan pergi ke ~ 300k Ohm dan kemudian resistensi turun menjadi ~ 200k Ohm.

Saya kemudian memainkan beberapa, Tampak pada langkah respons, mengubah amplitudo drive tegangan.
(lagi-lagi data ada di tautan dropbox)

Saya kemudian menaburkan sejumput garam. Resistansi turun dengan cepat menjadi ~ 100 Ohm (lebih dekat 150) Mencoba mengukur dengan DMM, resistansi adalah 40 k Ohm!

Konstanta waktu jauh lebih cepat dengan garam di dalam air.

Untuk mengukur ketahanan air Anda perlu melakukannya AC dengan frekuensi yang lebih cepat dari konstanta waktu air. (Konstanta waktu air berubah dengan konsentrasi elektrolit.)

George Herold
sumber
@Tiago, dengan senang hati. Saya melakukan ini tahun lalu dengan DMM dan tidak pernah tahu mengapa itu tidak berhasil. Pertanyaan Anda mendorong saya untuk mencari tahu. (Jangan coba-coba AC ... angka yang jauh berbeda dari yang diberikan DMM .. coba tambahkan garam dengan DMM.)
George Herold
2

Saya melakukan proyek fisika SMA saya tentang konduktivitas DC air murni (32 tahun yang lalu) dan menemukan bahwa meningkatkan arus menurunkan resistansi linier pada awalnya dan kemudian secara dramatis, yang pertama dan terakhir mungkin disebabkan oleh elektrolisis pada elektroda (seperti disebutkan oleh Olin Lathrop) menyebabkan ionisasi, kebalikan dari apa yang Anda temukan.

Hidrogen dan gas oksigen pada elektroda akan mengurangi luas permukaan konduktif mereka, meningkatkan resistivitas, tetapi hidrogen dan oksigen yang bepergian ke masing-masing elektroda akan menghantarkan listrik, sehingga Anda mungkin memiliki efek terbalik / bersaing yang mungkin tergantung pada bentuk dan ukuran baterai. elektroda. Mungkin elektroda saya cukup besar untuk mengurangi efek sebelumnya (pengurangan luas permukaan) hanya menyisakan yang terakhir.

timtak
sumber
-1

Anda perlu mengukur ketahanan air menggunakan arus AC. Anda mengukur tegangan AC melintasi elektroda dan arus AC yang mengalir melalui air dan membaginya untuk mendapatkan resistensi yang efektif. Ukuran elektroda benar-benar juga akan mempengaruhi resistansi efektif. Mengukur dengan ohmmeter DC menggunakan elektroda kontak titik (ujung timah) akan selalu memberi Anda perlawanan yang lebih tinggi dari yang dihitung. Segala macam hal aneh terjadi pada antarmuka air-elektroda. Ada banyak makalah yang ditulis tentang masalah ini.

pengguna208431
sumber
-2

Yang Anda lewatkan dalam perhitungan adalah koefisien suhu untuk memperbaiki perubahan suhu jika selain 25 d C. Untuk sebagian besar aplikasi memiliki nilai 2% per degr Celcius.

GR Tech
sumber
Tidak mungkin ini menyumbang besar perbedaan antara prediksi dan pengukuran.
Chris Stratton
Siapa yang menyebutkan tentang perbedaan besar? Hanya ingatkan apa yang terlewatkan. Maksud Anda, kita harus mengabaikan koefisien suhu sama sekali .... Sangat menarik !!!
GR Tech
Kesalahan asli adalah faktor 41 dari yang diharapkan. Setelah beberapa perubahan, ini tentang faktor dua. Model suhu Anda tidak dapat menjelaskan keduanya .
Chris Stratton