用一瓶水作为电阻

电器工程 反抗 导体
2022-01-07 09:27:05

今天,在喝了瓶中的水时,我开始阅读有关水的信息,发现25° C )为147.9\mu S/cm所以引起我注意的是,也许我可以从上到下计算出水瓶的阻力。经过一番测量,我发现瓶子可以近似为一个18cm ,底半径3cm的圆柱体。500mLσ25°147.9μS/cm18cm3cm

所以我们可以这样做:Req=ρLA,其中ρ=1σ是电阻率,L是瓶子的高度,A是底部区域。通过这样做,我得到了Req4.3kΩ

然后,我买了一个新的满瓶,在它的底部打了一个洞(当然避免泄漏)并测量了从这个洞到“嘴”的电阻(用数字万用表),首先使它只有尖端探头接触水。测得的电阻非常高,从180kΩ到甚至1MΩ不等,具体取决于我将探头放置在水中的深度。

为什么测得的电阻与我计算的如此不同?我错过了什么吗?是否可以使用一瓶水作为电阻器?

编辑#1:Jippie 指出我应该使用与瓶子形状相同的电极。我用了一些铝箔,它确实有效!除了这次我测量了 ~ 10kΩ而不是我计算的4.3kΩ在用水作为电阻器点亮 LED 时,我注意到的一件事是电阻随着时间的推移而缓慢增长。这种现象是否可以通过直流电流通过水时发生的电解来解释(由于离子在其表面积累,电极会慢慢变得更糟)?交流电流不会发生这种情况,对吧?

4个回答

您使用的公式对特定区域有效,但您的探针大小与您在计算中使用的区域相去甚远。如果您想要更接近的近似值,则必须使用尺寸与您计算水柱的区域相似的电极,顶部一个平坦,底部一个平坦。

我同意@jippie。

例如,以一个好的老式碳棒电阻器的横截面为例:

在此处输入图像描述

您会注意到电线不仅会粘在碳棒上,而是会附着在与碳棒直径相同的金属板上。

更现代的碳膜电阻器也是如此:

在此处输入图像描述

在这里,电线连接到镍帽,镍帽与碳管围绕其圆周连接,而不仅仅是在一个点上。

正如 Jippie 已经指出的那样,问题之一是您的电极比您的计算假设的要小得多。他们似乎假设圆柱体的整个顶部和底部区域都是电极。

然而,“水”的电阻率变化很大。非常非常纯净的去离子水具有非常高的电阻率。您可能接触到的任何真实水的电阻率都与其中的杂质有关。即使是很小的量也会对电阻率产生很大的影响。

用水制造电阻器的另一个问题是电极处会有电解。没有杂质和惰性电极(如石墨),您将在一个电极上释放氢气,在另一个电极上释放氧气。使用杂质和化学活性电极,可能会发生很多事情。例如,如果你电解盐水,你会部分得到氯气。如果用作电极,大多数金属会腐蚀另一端。

水根本不是制造电阻器的好材料。

我曾尝试用 DMM 测量水的电导率几次,但运气不佳……或可重复的结果。(使用大扁平探针。)阅读此内容,http://en.wikipedia.org/wiki/Conductivity_(electrolytic)

我认为问题可能是水/探头末端的直流电解。现在我总有一天要试试交流电!

编辑补充:(星期五乐趣。)
所以我有动力测量水的阻力。
我将一些直径为 1/2 英寸的 SS 柱子放在底部装有约 1 英寸布法罗自来水的塑料桶中。 (图片和数据在这里。)

来自函数发生器的信号通过探头发送到运算放大器 TIA。(R = 1 k ohm)我将探头移动到大约 1k ohm 的电阻(参见 TEK000)。然后我将探头插入 DMM(电阻刻度)。一开始电阻变化很快(从 ~3k ohm 开始),然后慢慢上升到 ~50k Ohm,此时 DMM 自动调整量程并达到 ~300k Ohm,然后电阻下降到 ~200k Ohm。

然后我玩了一些,看着阶跃响应,改变了电压驱动幅度。
(再次数据在 Dropbox 链接中)

然后我撒了一撮盐。电阻迅速下降到约 100 欧姆(接近 150) 尝试使用 DMM 测量电阻为 40 k 欧姆!

水中有盐,时间常数要快得多。

要测量水的阻力,您需要以比水的时间常数更快的频率进行交流。(水的时间常数随电解质浓度而变化。)