Menggunakan sebotol air sebagai penghambat

Hari ini, sambil minum air dari botol $500mL$ , saya mulai membaca info tentang air dan menemukan bahwa konduktivitas ( $\sigma$ ) 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°$$147.9\mu S/cm$$18cm$$3cm$

Jadi kita dapat melakukan hal berikut: , di mana adalah resistivitas, adalah tinggi botol dan adalah alas daerah. Dengan melakukan ini, saya dapat .$R_{eq} = \frac{\rho L}{A}$$\rho = \frac{1}{\sigma}$$L$$A$$R_{eq} \simeq 4.3k\Omega$

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 $180k\Omega$ hingga $1M\Omega$ 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 ~ $10k\Omega$ dan bukan $4.3k\Omega$ 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?

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.

Saya setuju dengan @jippie.

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

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:

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

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.

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.)

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.

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.

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.