Utilizzando una bottiglia d'acqua come resistenza

Oggi, bevendo un po 'd'acqua da una bottiglia da ml, ho iniziato a leggere le informazioni sull'acqua e ho scoperto che la conduttività ( ) a C è 147,9 \ mu S / cm . Quindi mi è venuto in mente che forse avrei potuto calcolare la resistenza della bottiglia d'acqua, dall'alto verso il basso. Dopo alcune misurazioni, ho scoperto che la bottiglia può essere approssimata come un cilindro con altezza di 18 cm e raggio di base di 3 cm .$500mL$$\sigma$$25°$$147.9\mu S/cm$$18cm$$3cm$

Quindi possiamo fare quanto segue: $R_{eq} = \frac{\rho L}{A}$ , dove $\rho = \frac{1}{\sigma}$ è la resistività, $L$ è l'altezza della bottiglia e $A$ è la base la zona. In questo modo, ho ottenuto $R_{eq} \simeq 4.3k\Omega$ .

Quindi, ho comprato una nuova bottiglia piena, ho fatto un buco sul fondo (ovviamente evitando perdite) e ho misurato la resistenza (con un multimetro digitale) da questo buco alla "bocca", inizialmente facendolo in modo che solo la punta di le sonde toccano l'acqua. La resistenza misurata era davvero elevata, che variava da $180k\Omega$ a persino $1M\Omega$ seconda della profondità dell'acqua in cui ho posizionato le sonde.

Perché la resistenza misurata è così diversa da quella che ho calcolato? Mi sto perdendo qualcosa? È possibile usare una bottiglia d'acqua come resistenza?

Modifica n. 1: Jippie ha sottolineato che dovrei usare gli elettrodi con la stessa forma della bottiglia. Ho usato un foglio di alluminio e ha funzionato davvero! Tranne che questa volta ho misurato ~ $10k\Omega$ e non il $4.3k\Omega$ ho calcolato. Una cosa che ho notato mentre accendevo un LED con acqua come resistenza era che la resistenza stava lentamente crescendo nel tempo. Questo fenomeno può essere spiegato dall'elettrolisi che si verifica mentre la corrente continua viaggia attraverso l'acqua (gli elettrodi peggiorano lentamente a causa dell'accumulo di ioni sulla loro superficie)? Ciò non accadrebbe per la corrente alternata, giusto?

La formula che usi è valida per una determinata area, ma la dimensione delle tue sonde non è in alcun modo vicino all'area che hai usato nel tuo calcolo. Se desideri un'approssimazione più ravvicinata, dovrai utilizzare elettrodi di dimensioni simili all'area per cui hai calcolato la colonna d'acqua, uno piatto in alto, uno piatto in basso.

Sono d'accordo con @jippie.

Ad esempio, prendi questa sezione di un buon resistore a barretta di carbonio vecchio stile:

Notate che i fili non si attaccano solo all'asta di carbonio, ma si attaccano a piastre metalliche dello stesso diametro dell'asta di carbonio.

Lo stesso con un resistore a film di carbonio più moderno:

Qui i fili si attaccano ai cappucci di nichel che si collegano con il tubo di carbonio proprio attorno alla sua circonferenza, non solo in un punto.

Come già sottolineato da Jippie, uno dei problemi è che i tuoi elettrodi erano molto più piccoli di quanto ipotizzato dai tuoi calcoli. Sembrano supporre che tutte le aree superiore e inferiore del cilindro saranno gli elettrodi.

Tuttavia, la resistività dell '"acqua" varia ampiamente. L'acqua molto purissima e deionizzata ha una resistività molto elevata. La resistività di qualsiasi vera acqua a cui probabilmente hai accesso dipende dalle impurità presenti in essa. Anche piccole quantità possono fare una grande differenza per la resistività.

Un altro problema per la realizzazione di un resistore dall'acqua è che ci saranno elettroliti sugli elettrodi. Senza impurità ed elettrodi inerti (come la grafite), si libererà idrogeno su un elettrodo e ossigeno sull'altro. Con impurità ed elettrodi chimicamente attivi, possono succedere molte cose. Ad esempio, se elettrolizzi acqua salata, otterrai in parte gas di cloro. La maggior parte dei metalli si corroderà a un'estremità dell'altra se utilizzata come elettrodo.

L'acqua non è semplicemente una buona sostanza da cui ricavare resistori.

Ho provato a misurare la conducibilità dell'acqua alcune volte con un DMM senza molta fortuna ... o risultati riproducibili. (usando grandi sonde piatte.) Leggendo questo, http://en.wikipedia.org/wiki/Conductivity_(elettrolitico)

Penso che il problema potrebbe essere l'elettrolisi CC nelle estremità acqua / sonda. Ora dovrò provarlo AC un giorno!

Modifica aggiunta: (Friday Fun.)
Quindi ero motivato a misurare la resistenza dell'acqua.
Ho messo alcuni pali SS da 1/2 pollice di diametro in una vasca di plastica con ~ 1 "di acqua di rubinetto di Buffalo nella parte inferiore. (Una foto e dati sono qui.)

I segnali provenienti da un generatore di funzioni venivano inviati attraverso le sonde a un TIA opamp. (R = 1 k ohm) Ho spostato le sonde attorno a una resistenza di ~ 1k ohm (vedi TEK000). Quindi ho inserito le sonde in un DMM (scala di resistenza). Inizialmente la resistenza cambiò rapidamente (a partire da ~ 3k ohm), poi lentamente salì a ~ 50k Ohm, a quel punto l'automobile del DMM andò a ~ 300k Ohm e quindi la resistenza scese a ~ 200k Ohm.

Ho quindi suonato un po ', ho osservato la risposta del passo, ho cambiato l'ampiezza del convertitore di tensione.
(ancora una volta i dati sono nel collegamento dropbox)

Ho quindi cosparso un pizzico di sale. La resistenza è scesa rapidamente a ~ 100 Ohm (più vicino 150) Cercando di misurare con un DMM la resistenza era di 40 k Ohm!

La costante di tempo è stata molto più veloce con il sale nell'acqua.

Per misurare la resistenza dell'acqua è necessario farlo AC con una frequenza che è più veloce della costante di tempo dell'acqua. (La costante di tempo dell'acqua cambia con la concentrazione di elettroliti.)

Ho fatto il mio progetto di fisica al liceo sulla conducibilità DC di acqua pura (32 anni fa) e ho scoperto che aumentando la corrente diminuiva inizialmente la resistenza in modo lineare e poi in modo abbastanza drammatico, la prima e la seconda probabilmente causate dall'elettrolisi agli elettrodi (come detto di Olin Lathrop) causando la ionizzazione, l'opposto di quello che hai trovato.

L'idrogeno e l'ossigeno gassoso sugli elettrodi ridurranno la loro superficie conduttiva, aumentando la resistività, ma l'idrogeno e l'ossigeno che viaggiano verso ciascuno degli elettrodi conducono elettricità, quindi si potrebbero avere effetti inversi / concorrenti che possono dipendere dalla forma e dalle dimensioni del elettrodi. Forse i miei elettrodi erano abbastanza grandi da scartare l'effetto precedente (riduzione della superficie) lasciando solo quest'ultimo.

È necessario misurare la resistenza dell'acqua utilizzando una corrente CA. Si misura la tensione CA attraverso gli elettrodi e la corrente CA che attraversa l'acqua e si divide per ottenere la resistenza effettiva. Le dimensioni degli elettrodi influenzeranno assolutamente anche la resistenza effettiva. Misurando con un ohmmetro CC utilizzando gli elettrodi a contatto a punti (puntali) si otterrà sempre una resistenza superiore a quella calcolata. Tutti i tipi di cose strane accadono all'interfaccia elettrodo-acqua. Ci sono molti articoli scritti sull'argomento.

Quello che ti manca nei calcoli è il coefficiente di temperatura per correggere le variazioni di temperatura se è diverso da 25 ° C. Per la maggior parte delle applicazioni ha un valore di 2% per giorno Celcius.