Używanie butelki z wodą jako rezystora

Dzisiaj, popijając wodę z butelki o pojemności , zacząłem czytać informacje o wodzie i odkryłem, że przewodnictwo ( σ ) w temperaturze 25 ° C wynosi . Przyszło mi do głowy, że może mógłbym obliczyć opór butelki z wodą od góry do dołu. Po kilku pomiarów, to okazało się, że butelka może być przybliżona jako cylinder o wysokości i promień podstawy.$500mL$$\sigma$$25°$$147.9\mu S/cm$$18cm$$3cm$

Możemy więc wykonać następujące czynności: , gdzieρ=$R_{eq} = \frac{\rho L}{A}$ to oporność,Lto wysokość butelki, aAto powierzchnia podstawy. W ten sposób, mamReq≃4,3kOhm.$\rho = \frac{1}{\sigma}$$L$$A$$R_{eq} \simeq 4.3k\Omega$

Następnie kupiłem nową pełną butelkę, wykonałem otwór na jej dnie (oczywiście unikając przecieków) i zmierzyłem opór (za pomocą multimetru cyfrowego) od tego otworu do „ujścia”, na początku robiąc to tak, że tylko końcówka sondy dotykają wody. Zmierzony opór był bardzo wysoki, od do nawet 1 M Ohm w zależności od tego, jak głęboko w wodzie I umieszczone sondy.$180k\Omega$$1M\Omega$

Dlaczego zmierzony opór tak różni się od tego, co obliczyłem? Czy coś brakuje? Czy w ogóle można użyć butelki z wodą jako rezystora?

Edycja nr 1: Jippie wskazała, że ​​powinienem używać elektrod o takim samym kształcie jak butelka. Użyłem folii aluminiowej i faktycznie zadziałało! Oprócz tego czasu zmierzyłem ~ a nie 4,3 k Ω, które obliczyłem. Jedną rzeczą, którą zauważyłem podczas zapalania diody LED wodą jako rezystorem, było to, że opór powoli narastał z czasem. Czy zjawisko to można wyjaśnić elektrolizą, która zachodzi podczas przepływu prądu stałego przez wodę (elektrody powoli się pogarszają z powodu akumulacji jonów na ich powierzchni)? Nie byłoby tak w przypadku prądu przemiennego, prawda?$10k\Omega$$4.3k\Omega$

Stosowana formuła jest ważna dla określonego obszaru, ale wielkość sond nie jest zbliżona do obszaru użytego w obliczeniach. Jeśli chcesz uzyskać dokładniejsze przybliżenie, musisz użyć elektrod o podobnej wielkości jak obszar, dla którego obliczono słup wody, jedno mieszkanie u góry, jedno mieszkanie u dołu.

Zgadzam się z @jippie.

Weźmy na przykład ten przekrój dobrego, staromodnego węglowego rezystora prętowego:

Zauważysz, że druty nie tylko przyklejają się do pręta węglowego - zamiast tego mocują się do metalowych płytek o tej samej średnicy co pręt węglowy.

To samo z bardziej nowoczesnym rezystorem filmu węglowego:

Tutaj druty przymocowane są do niklowych nasadek, które łączą się z rurką węglową na całym jej obwodzie, nie tylko w jednym punkcie.

Jak już wskazał Jippie, jednym z problemów jest to, że twoje elektrody były znacznie mniejsze niż zakładane przez twoje obliczenia. Wydaje się, że zakładają, że całe górne i dolne obszary cylindra będą elektrodami.

Jednak oporność „wody” jest bardzo zróżnicowana. Bardzo, bardzo czysta i dejonizowana woda ma bardzo wysoką oporność. Rezystywność każdej prawdziwej wody, do której prawdopodobnie masz dostęp, zależy od tego, jakie są w niej zanieczyszczenia. Nawet niewielkie ilości mogą mieć duży wpływ na oporność.

Innym problemem związanym z wytwarzaniem rezystora z wody jest to, że na elektrodach będzie elektroliza. Bez zanieczyszczeń i obojętnych elektrod (takich jak grafit) uwolnisz wodór z jednej elektrody, a tlen z drugiej. Z zanieczyszczeniami i chemicznie aktywnymi elektrodami może się zdarzyć wiele rzeczy. Na przykład, jeśli elektrolizujesz słoną wodę, częściowo otrzymasz gazowy chlor. Większość metali ulega korozji na jednym końcu drugiego, jeśli zostanie użyta jako elektroda.

Woda po prostu nie jest dobrą substancją do wytwarzania rezystorów.

Próbowałem zmierzyć przewodność wody kilka razy za pomocą DMM bez większego szczęścia ... lub powtarzalnych wyników. (przy użyciu dużych płaskich sond.) Czytanie tego, http://en.wikipedia.org/wiki/Conductivity_(electrolytic)

Myślę, że problemem może być elektroliza prądu stałego w końcówkach wody / sondy. Teraz będę musiał spróbować AC pewnego dnia!

Edytuj dodatek: (Friday Fun.)
Więc zmotywowałem się do pomiaru oporu wody.
Włożyłem jakieś słupki SS o średnicy 1/2 cala do plastikowej wanny z ~ 1 "wodą kranową Buffalo na dole. (Zdjęcie i dane są tutaj.)

Sygnały z generatora funkcji wysyłane są przez sondy do opamp TIA. (R = 1 k omów) Przesunąłem sondy wokół ~ 1 k omów rezystancji (patrz TEK000). Następnie włożyłem sondy do DMM (skala oporności). Początkowo rezystancja zmieniała się gwałtownie (od ~ 3k omów), a następnie powoli wzrastała do ~ 50k Ohm, w którym to momencie auto DMM osiągała zakres i osiągała ~ 300k Ohm, a następnie rezystancja spadała do ~ 200k Ohm.

Potem zagrałem, spojrzałem na odpowiedź krokową, zmieniłem amplitudę napędu napięciowego.
(ponownie dane znajdują się w łączu dropbox)

Następnie posypałem szczyptą soli. Rezystancja szybko spadła do ~ 100 omów (bliżej 150). Próbując zmierzyć za pomocą DMM, rezystancja wyniosła 40 k Ohm!

Stała czasowa była znacznie szybsza z solą w wodzie.

Aby zmierzyć opór wody, musisz zrobić to prądem przemiennym o częstotliwości, która jest szybsza niż stała czasowa wody. (Stała czasowa zmian wody wraz ze stężeniem elektrolitu).

Zrobiłem mój projekt fizyki w szkole średniej dotyczący przewodności prądu stałego czystej wody (32 lata temu) i odkryłem, że zwiększenie prądu początkowo obniżyło oporność liniowo, a następnie dość dramatycznie, te pierwsze i drugie prawdopodobnie spowodowane elektrolizą elektrod (jak wspomniano) przez Olin Lathrop) powodując jonizację, przeciwieństwo tego, co znalazłeś.

Wodór i tlen gazowy na elektrodach zmniejszą ich powierzchnię przewodzącą, zwiększając rezystywność, ale wodór i tlen przemieszczające się do każdej z elektrod będą przewodzić prąd, więc możesz mieć odwrotne / konkurencyjne efekty, które mogą zależeć od kształtu i wielkości elektrody Być może moje elektrody były wystarczająco duże, aby zignorować pierwszy efekt (zmniejszenie powierzchni), pozostawiając tylko ten drugi.

Musisz zmierzyć opór wody za pomocą prądu przemiennego. Mierzysz napięcie prądu przemiennego na elektrodach i prąd przemienny przepływający przez wodę i dzielisz się, aby uzyskać skuteczny opór. Rozmiar elektrod absolutnie wpłynie również na efektywną rezystancję. Pomiary za pomocą omomierza prądu stałego za pomocą punktowych elektrod kontaktowych (końcówek ołowianych) zawsze dają opór wyższy niż obliczony. Wszystkie rodzaje dziwnych rzeczy dzieją się na styku elektrody z wodą. Na ten temat napisano wiele artykułów.

W obliczeniach brakuje współczynnika temperaturowego do korekty zmian temperatury, jeśli jest on inny niż 25 stopni C. Dla większości zastosowań ma wartość 2% na stopień Celcjusza.