ใช้ขวดน้ำเป็นตัวต้านทาน

วันนี้ขณะที่การดื่มน้ำบางส่วนจากขวดผมเริ่มอ่านข้อมูลเกี่ยวกับน้ำและพบว่าการนำ ( ) ที่25 ° C เป็น147.9 \ หมู่ S ดังนั้นฉันจึงสนใจที่จะคำนวณความต้านทานของขวดน้ำจากบนลงล่าง หลังจากการวัดบางครั้งฉันพบว่าขวดสามารถประมาณเป็นทรงกระบอกที่มีความสูง18 ซม.และรัศมีฐาน3 ซม .$500mL$$\sigma$$25°$$147.9\mu S/cm$$18cm$$3cm$

ดังนั้นเราสามารถทำสิ่งต่อไปนี้: $R_{eq} = \frac{\rho L}{A}$โดยที่$\rho = \frac{1}{\sigma}$คือสภาพต้านทาน$L$คือความสูงของขวดและ$A$คือฐาน พื้นที่ โดยทำเช่นนี้ผมได้$R_{eq} \simeq 4.3k\Omega$4.3k

จากนั้นฉันซื้อขวดเต็มใหม่ทำรูด้านล่าง (แน่นอนว่าหลีกเลี่ยงการรั่ว) และวัดความต้านทาน (ด้วยมัลติมิเตอร์แบบดิจิตอล) จากรูนี้ไปที่ "ปาก" ตอนแรกที่ทำเพื่อที่จะได้แค่ปลาย หัววัดสัมผัสกับน้ำ ความต้านทานที่วัดได้นั้นสูงมากตั้งแต่$180k\Omega$ถึง$1M\Omega$ขึ้นอยู่กับว่าฉันวางโพรบไว้ลึกแค่ไหนในน้ำ

ทำไมความต้านทานที่วัดได้จึงแตกต่างจากที่ฉันคำนวณได้ ฉันพลาดอะไรไปรึเปล่า? เป็นไปได้ไหมที่จะใช้ขวดน้ำเป็นตัวต้านทาน?

แก้ไข # 1: Jippie ชี้ให้เห็นว่าฉันควรใช้ขั้วไฟฟ้าที่มีรูปร่างเดียวกับขวด ฉันใช้อลูมิเนียมฟอยล์และใช้งานได้จริง! ยกเว้นเวลานี้ฉันวัด ~ $10k\Omega$และไม่ใช่$4.3k\Omega$ฉันคำนวณ สิ่งหนึ่งที่ฉันสามารถสังเกตเห็นได้ในขณะที่ให้แสง LED ด้วยน้ำเป็นตัวต้านทานคือความต้านทานเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆเมื่อเวลาผ่านไป อาจอธิบายปรากฏการณ์นี้ได้ด้วยกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในขณะที่กระแส DC เดินทางผ่านน้ำ (ขั้วไฟฟ้าจะค่อยๆแย่ลงเนื่องจากการสะสมไอออนที่พื้นผิว) สิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้นกับกระแส AC ใช่ไหม

สูตรที่คุณใช้นั้นถูกต้องสำหรับบางพื้นที่ แต่ขนาดของโพรบของคุณอยู่ใกล้กับพื้นที่ที่คุณใช้ในการคำนวณ หากคุณต้องการการประมาณที่ใกล้กว่าคุณจะต้องใช้อิเล็กโทรดที่มีขนาดใกล้เคียงกับพื้นที่ที่คุณคำนวณคอลัมน์น้ำสำหรับหนึ่งแบนด้านบนแบนหนึ่งด้านที่แบนด้านล่าง

ฉันเห็นด้วยกับ @ jippie

ตัวอย่างเช่นลองใช้ตัวต้านทานคาร์บอนแท่งแบบเก่าที่ดีนี้:

คุณสังเกตเห็นว่าสายไฟไม่เพียง แต่ยึดติดอยู่กับแท่งคาร์บอน - แต่แทนที่จะยึดติดกับแผ่นโลหะที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเท่ากับแท่งคาร์บอน

เช่นเดียวกันกับตัวต้านทานฟิล์มคาร์บอนที่ทันสมัยกว่า:

ที่นี่มีสายไฟเชื่อมต่อกับหมวกนิกเกิลซึ่งเชื่อมต่อกับท่อคาร์บอนรอบ ๆ เส้นรอบวงไม่ใช่แค่จุดเดียว

ดังที่ Jippie ชี้ให้เห็นแล้วหนึ่งในปัญหาคืออิเล็กโทรดของคุณมีขนาดเล็กกว่าการคำนวณของคุณมาก ดูเหมือนว่าพวกเขาจะสมมติว่าพื้นที่ด้านบนและด้านล่างของกระบอกสูบจะเป็นขั้วไฟฟ้า

อย่างไรก็ตามความต้านทานของ "น้ำ" แตกต่างกันอย่างมาก น้ำที่บริสุทธิ์มากและปราศจากไอออนมีความต้านทานสูงมาก ความต้านทานของน้ำจริงใด ๆ ที่คุณมีโอกาสเข้าถึงคือทั้งหมดที่เกี่ยวกับสิ่งสกปรกในนั้น แม้แต่ปริมาณเล็กน้อยก็สามารถสร้างความต้านทานที่แตกต่างได้

ปัญหาอีกประการสำหรับการสร้างตัวต้านทานจากน้ำก็คือจะมีอิเลคโทรไลต์ที่ขั้วไฟฟ้า เมื่อไม่มีสิ่งเจือปนและขั้วไฟฟ้าเฉื่อย (เช่นกราไฟต์) คุณจะได้รับไฮโดรเจนที่ขั้วไฟฟ้าหนึ่งและออกซิเจนอีกขั้วหนึ่ง ด้วยสิ่งสกปรกและอิเล็กโทรดที่ใช้งานทางเคมีสิ่งต่าง ๆ สามารถเกิดขึ้นได้ ตัวอย่างเช่นหากคุณเติมเกลือน้ำด้วยไฟฟ้าคุณจะได้รับก๊าซคลอรีน โลหะส่วนใหญ่จะกัดกร่อนที่ปลายด้านหนึ่งของอีกด้านหนึ่งหากใช้เป็นขั้วไฟฟ้า

น้ำไม่ได้เป็นสารที่ดีที่จะทำให้ตัวต้านทานหมดไป

ฉันพยายามวัดค่าการนำไฟฟ้าของน้ำสองสามครั้งด้วย DMM โดยไม่โชคดี ... หรือผลลัพธ์ที่ทำซ้ำได้ (ใช้โพรบแบนขนาดใหญ่) อ่านนี่http://en.wikipedia.org/wiki/Conductivity_(electrolytic)

ฉันคิดว่าปัญหาอาจเป็นกระแสไฟฟ้ากระแสตรงในน้ำ / หัววัดสิ้นสุด ตอนนี้ฉันจะต้องลอง AC สักวัน!

แก้ไขเพิ่มเติม: (สนุกวันศุกร์)
ดังนั้นฉันถูกกระตุ้นให้วัดความต้านทานของน้ำ
ฉันวางเสา SS ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1/2 นิ้วลงในอ่างพลาสติกที่มีน้ำประปาบัฟฟาโลประมาณ 1 นิ้วที่ด้านล่าง (รูปภาพและข้อมูลอยู่ที่นี่)

สัญญาณจากตัวสร้างฟังก์ชันที่ส่งผ่านโพรบไปยัง opamp TIA (R = 1 k ohm) ฉันย้ายโพรบไปรอบ ๆ รับความต้านทาน ~ 1k ohm (ดู TEK000) จากนั้นฉันติดโพรบเข้าไปใน DMM (สเกลความต้านทาน) ความต้านทานเปลี่ยนไปอย่างรวดเร็วในตอนแรก (เริ่มต้นที่ ~ 3k ohm) จากนั้นค่อยๆเพิ่มขึ้นเป็น ~ 50k Ohm ที่จุด DMM จะอยู่ในช่วงอัตโนมัติและไปที่ ~ 300k Ohm แล้วความต้านทานจะลดลงถึง 200k Ohm

ฉันเล่นไปบ้างแล้วดูที่การตอบสนองทีละขั้นตอนเปลี่ยนความกว้างของไดรฟ์แรงดัน
(ข้อมูลอีกครั้งอยู่ในลิงค์ดรอปบ็อกซ์)

จากนั้นฉันก็โรยเกลือเล็กน้อย ความต้านทานลดลงอย่างรวดเร็วถึง ~ 100 Ohms (ใกล้ 150) พยายามวัดด้วย DMM ความต้านทานอยู่ที่ 40 k Ohm!

เวลาคงที่เร็วขึ้นมากเมื่อใส่เกลือลงในน้ำ

ในการวัดความต้านทานของน้ำคุณจำเป็นต้องทำ AC ด้วยความถี่ที่เร็วกว่าค่าคงที่เวลาของน้ำ (ค่าคงที่เวลาของการเปลี่ยนแปลงของน้ำด้วยความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์)

ฉันทำโครงการฟิสิกส์ระดับมัธยมปลายของฉันในการนำไฟฟ้ากระแสตรงของน้ำบริสุทธิ์ (32 ปีที่แล้ว) และพบว่าการเพิ่มกระแสลดความต้านทานเป็นเส้นตรงในตอนแรกและค่อนข้างมากในอดีตและหลังอาจเกิดจากอิเล็กโทรไลซิสที่ขั้วไฟฟ้า โดย Olin Lathrop) ทำให้เกิดไอออนไนซ์ตรงข้ามกับสิ่งที่คุณพบ

ก๊าซไฮโดรเจนและออกซิเจนที่ขั้วไฟฟ้าจะลดพื้นที่ผิวนำไฟฟ้าของพวกเขาเพิ่มความต้านทาน แต่ไฮโดรเจนและออกซิเจนที่เดินทางไปยังแต่ละขั้วไฟฟ้าจะดำเนินการไฟฟ้าดังนั้นคุณอาจมีผลกระทบย้อนกลับ / การแข่งขันที่ขึ้นอยู่กับรูปร่างและขนาดของ ขั้วไฟฟ้า บางทีอิเล็กโทรดของฉันมีขนาดใหญ่พอที่จะลดผลกระทบในอดีต (การลดลงของพื้นผิว) ทิ้งไว้เพียงหลัง

คุณต้องวัดความต้านทานของน้ำโดยใช้กระแส AC คุณวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับผ่านขั้วไฟฟ้าและกระแส AC ที่ไหลผ่านน้ำและแบ่งออกเพื่อให้ได้ความต้านทานที่มีประสิทธิภาพ ขนาดของขั้วไฟฟ้าจะส่งผลกระทบต่อความต้านทานอย่างมีประสิทธิภาพ การวัดด้วย DC โอห์มมิเตอร์โดยใช้ขั้วสัมผัสแบบจุด (เคล็ดลับนำ) จะให้ความต้านทานที่สูงกว่าการคำนวณเสมอ ทุกสิ่งแปลก ๆ เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานของอิเล็กโทรดและน้ำ มีบทความมากมายที่เขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้

สิ่งที่คุณพลาดในการคำนวณคือค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเพื่อแก้ไขการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิถ้ามันเป็นมากกว่า 25 องศาเซลเซียสสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่มีค่า 2% ต่อองศาเซลเซียส