Mit einer Flasche Wasser als Widerstand

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Heute, während Wasser aus einem Trink Flasche, begann ich die Informationen über das Wasser zu lesen und fand heraus , dass die Leitfähigkeit ( ) bei C . So wurde ich darauf aufmerksam, dass ich vielleicht den Widerstand der Wasserflasche von oben nach unten berechnen konnte. Nach einigen Messungen stellte ich fest, dass die Flasche als Zylinder mit Höhe von und einem angenähert werden kann . $500mL$ $\sigma$ $25°$ $147.9\mu S/cm$ $18cm$ $3cm$

Wir können also Folgendes tun: , wobei der spezifische Widerstand ist, die Höhe der Flasche und die Basis ist Bereich. Auf diese Weise erhielt ich . $R_{eq} = \frac{\rho L}{A}$ $\rho = \frac{1}{\sigma}$ $L$ $A$ $R_{eq} \simeq 4.3k\Omega$

Dann kaufte ich mir eine neue volle Flasche, bohrte ein Loch in den Boden (natürlich um Leckagen zu vermeiden) und maß den Widerstand (mit einem Digitalmultimeter) von diesem Loch bis zum "Mund", wobei ich es zunächst so machte, dass nur die Spitze davon Die Sonden berühren Wasser. Der gemessene Widerstand war sehr hoch und reichte von bis zu je nachdem, wie tief ich die Sonden im Wasser positioniert habe. $180k\Omega$ $1M\Omega$

Warum unterscheidet sich der gemessene Widerstand von dem, was ich berechnet habe? Vermisse ich etwas? Kann man überhaupt eine Flasche Wasser als Widerstand verwenden?

Edit # 1: Jippie wies darauf hin, dass ich Elektroden mit der gleichen Form wie die Flasche verwenden sollte. Ich habe etwas Aluminiumfolie verwendet und es hat tatsächlich funktioniert! Außer diesmal habe ich ~ gemessen und nicht die ich berechnet habe. Eine Sache, die ich bemerkte, als ich eine LED mit Wasser als Widerstand anzündete, war, dass der Widerstand mit der Zeit langsam zunahm. Kann dieses Phänomen durch die Elektrolyse erklärt werden, die auftritt, während Gleichstrom durch Wasser fließt (die Elektroden verschlechtern sich langsam aufgrund von Ionenansammlungen an ihren Oberflächen)? Dies würde bei Wechselstrom nicht passieren, oder? $10k\Omega$ $4.3k\Omega$

resistance water conductors

— Thiago
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Die Wasserleitfähigkeit hat sehr viel mit dem Ionengehalt des Wassers zu tun.

— Scott Seidman

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Natürlich, aber ich stellte mir vor, dass die auf der Flasche angegebene Leitfähigkeit ausreichen würde, um den Widerstand zu berechnen.

— Thiago

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Interessanterweise habe ich vorher eine Wasserflasche als Widerstand benutzt, um meine Stromversorgung zu testen. Es hat eine ausgezeichnete spezifische Wärme und kann viel Energie aufnehmen, bevor es sich erwärmt. Der Nachteil ist, dass die Elektrolyse Ihre Wasserflasche in eine Wasserstoffbombe verwandelt, es sei denn, Sie planen, mit Wechselstrom zu arbeiten!

— Fuzzyhair2

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@ fuzzyhair2 Eine Wasserstoffbombe ist nicht nur eine Mischung aus Sauerstoff und Wasserstoff :-)

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Die Beständigkeit von reinem Wasser mit einem pH-Wert von 7 ist recht hoch, aber praktisch alles, was darin gelöst ist, verringert die Beständigkeit dramatisch. Andererseits reagieren praktisch alle leitenden Elektrodenmaterialien elektrolytisch mit Wasser, und bei Gleichstromsystemen bildet sich auf einer Elektrode eine isolierende Oxidschicht.

— Hot Licks

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Die Formel, die Sie verwenden, ist für einen bestimmten Bereich gültig, aber die Größe Ihrer Sonden entspricht nicht dem Bereich, den Sie für Ihre Berechnung verwendet haben. Wenn Sie eine genauere Annäherung wünschen, müssen Sie Elektroden verwenden, deren Größe der Fläche entspricht, für die Sie die Wassersäule berechnet haben. Eine Ebene oben und eine Ebene unten.

— jippie
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Also wäre meine Annäherung besser, wenn ich solche Elektroden oben und unten verwende? Wäre es in Ordnung, sie mit einfach gelöteten Drähten zu verwenden? Würden die Elektroden eine beträchtliche Kapazität erzeugen?

— Thiago

Sie erhalten Kapazität, wenn Sie ein Dielektrikum haben. Wasser ist kein Dielektrikum, wie es leitet. Es gibt keine Kapazität, da die Ladung von einer Platte durch das Wasser zur anderen Platte wandern kann.

— Majenko

Ich werde es versuchen und die Ergebnisse später hinzufügen.

— Thiago

Versuchte die Elektroden und es wurde tatsächlich viel besser. Mehr Infos auf der Post.

— Thiago

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Sicher, es kann ein hohes Dielektrikum haben, aber das bedeutet nicht, dass es eine Ladung zwischen zwei Platten hält, wenn es diese Ladung zwischen den Platten leitet, die die Ladung ausgleichen. Wenn Sie Wasser als Dielektrikum verwenden möchten, müssen Sie die Platten vom Wasser isolieren, so wie Sie es tun, wenn Sie die kapazitive Methode zum

— Prüfen der

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Ich bin mit @jippie einverstanden.

Nehmen Sie zum Beispiel diesen Querschnitt eines guten, altmodischen Kohlestabwiderstands:

Bildbeschreibung hier eingeben

Sie bemerken, dass die Drähte nicht nur in der Karbonstange stecken, sondern an Metallplatten mit dem gleichen Durchmesser wie die Karbonstange befestigt sind.

Dasselbe gilt für einen moderneren Kohleschichtwiderstand:

Bildbeschreibung hier eingeben

Hier werden die Drähte an Nickelkappen befestigt, die nicht nur an einer Stelle rundum mit dem Carbonrohr verbunden sind.

— Majenko
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Der Kohlenstofffilm wird in ein spiralförmiges Muster geschnitten, das sich um die Keramik wickelt. Es kommt also meist nur auf kleinem Raum in Kontakt.

— George Herold

Ja, aber es wird am Ende immer noch Kontakt mit dem gesamten Bereich haben, nicht nur mit einem einzelnen kleinen Punkt, an dem der Draht angeschlossen ist. Wichtig ist, dass die Verbindung die gesamte Größe des Widerstandselements ist, unabhängig davon, was das ist, und nicht nur ein Punkt auf dem Widerstandselement.

— Majenko

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Wie Jippie bereits betonte, war eines der Probleme, dass Ihre Elektroden viel kleiner waren als in Ihren Berechnungen angenommen. Sie scheinen davon auszugehen, dass der gesamte obere und untere Bereich des Zylinders die Elektroden sind.

Der spezifische Widerstand von "Wasser" variiert jedoch stark. Sehr sehr reines und entionisiertes Wasser hat einen sehr hohen spezifischen Widerstand. Der spezifische Widerstand von echtem Wasser, zu dem Sie wahrscheinlich Zugang haben, hängt davon ab, welche Verunreinigungen darin enthalten sind. Selbst winzige Mengen können den spezifischen Widerstand erheblich beeinflussen.

Ein weiteres Problem bei der Herstellung eines Widerstands aus Wasser besteht darin, dass sich an den Elektroden Elektrolyse befindet. Ohne Verunreinigungen und inerte Elektroden (wie Graphit) wird an einer Elektrode Wasserstoff und an der anderen Sauerstoff freigesetzt. Mit Verunreinigungen und chemisch aktiven Elektroden können viele Dinge passieren. Wenn Sie zum Beispiel Salzwasser elektrolysieren, erhalten Sie teilweise Chlorgas. Die meisten Metalle korrodieren an einem Ende des anderen, wenn sie als Elektroden verwendet werden.

Wasser ist einfach keine gute Substanz, um daraus Widerstände zu machen.

— Olin Lathrop
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In früheren Zeiten wurden große Fässer Salzwasser mit Kupferplatten, die untergetaucht werden konnten, zur Steuerung von Elektromotoren am Karneval verwendet. Sie wurden also tatsächlich als eine Art Widerstand verwendet.

— jippie

Ich habe vor ein paar Jahren ein ähnliches Setup in einer Fabrik gesehen, das während der Inbetriebnahme eines großen Kunststofffolienextruders oder ähnlichem verwendet wurde.

— brhans

Frühe Beleuchtungskonfigurationen verwendeten manchmal Wasser für Dimmer. Wie Olin sagt, ist Wasser an sich nicht sehr nützlich - dem Wasser wurde Salz oder Säure zugesetzt, um die Leitfähigkeit erheblich zu erhöhen. Siehe dies zum Beispiel.

— Spehro Pefhany

Schön, dass Sie mit diesem Ion Änderungen an der Wasserleitfähigkeit vornehmen. +1

— RawBean

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Ich habe ein paar Mal versucht, die Leitfähigkeit von Wasser mit einem DMM zu messen, ohne viel Glück ... oder reproduzierbare Ergebnisse. (Mit großen flachen Sonden.) Lesen Sie dies, http://en.wikipedia.org/wiki/Conductivity_(electrolytic)

Ich denke, das Problem könnte die Gleichstromelektrolyse an den Wasser- / Sondenenden sein. Jetzt muss ich es eines Tages mit der Klimaanlage versuchen!

Edit add: (Friday Fun.)
Also war ich motiviert, den Widerstand von Wasser zu messen.
Ich habe einige SS-Pfosten mit einem Durchmesser von 2,5 cm in eine Plastikwanne gegeben, in deren Boden ~ 1 Zoll Büffel-Leitungswasser steckt. (Ein Bild und Daten sind hier.)

Signale von einem Funktionsgenerator wurden über die Sonden an einen Operationsverstärker TIA gesendet. (R = 1 kOhm) Ich habe die Sonden um einen Widerstand von ~ 1 kOhm bewegt (siehe TEK000). Dann steckte ich die Sonden in eine DMM (Widerstandsskala). Der Widerstand änderte sich zuerst schnell (beginnend bei ~ 3 kOhm) und stieg dann langsam auf ~ 50 kOhm an. Zu diesem Zeitpunkt reichte die DMM-Automatik und ging auf ~ 300 kOhm und dann fiel der Widerstand auf ~ 200 kOhm ab.

Ich spielte dann einige, schaute auf Sprungantwort, veränderte Spannungsantriebsamplitude.
(Wieder Daten in Dropbox-Link)

Ich habe dann eine Prise Salz eingestreut. Der Widerstand sank schnell auf ~ 100 Ohm (näher 150). Beim Versuch, mit einem DMM zu messen, betrug der Widerstand 40 kOhm!

Die Zeitkonstante war mit Salz im Wasser viel schneller.

Um den Widerstand des Wassers zu messen, muss der Wechselstrom mit einer Frequenz betrieben werden, die schneller ist als die Zeitkonstante des Wassers. (Die Zeitkonstante des Wassers ändert sich mit der Elektrolytkonzentration.)

— George Herold
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@Thiago, es ist mir ein Vergnügen. Ich habe das vor Jahren mit einem DMM gemacht und konnte nie herausfinden, warum es nicht funktioniert hat. Ihre Frage hat mich dazu angeregt, es herauszufinden. (Versuchen Sie es mit einer anderen Zahl, als die DMM angibt. Versuchen Sie, mit der DMM etwas Salz hinzuzufügen.)

— George Herold,

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Ich habe in meinem Physikprojekt an der High School über die Gleichstromleitfähigkeit von reinem Wasser (vor 32 Jahren) festgestellt, dass eine Erhöhung des Stroms den Widerstand zunächst linear und dann ziemlich dramatisch senkte, wobei ersterer und letzterer möglicherweise durch Elektrolyse an den Elektroden verursacht wurden (wie erwähnt) Ionisation auslösen, das Gegenteil von dem, was Sie gefunden haben.

Wasserstoff und Sauerstoffgas an den Elektroden verringern ihre leitende Oberfläche und erhöhen den spezifischen Widerstand, aber der Wasserstoff und Sauerstoff, die zu jeder der Elektroden wandern, leiten Elektrizität, sodass es zu Umkehr- / Konkurrenzeffekten kommen kann, die von der Form und Größe der Elektroden abhängen Elektroden. Vielleicht waren meine Elektroden groß genug, um den ersteren Effekt (Verringerung der Oberfläche) zu kompensieren, so dass nur der letztere übrig blieb.

— timtak
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Sie müssen den Widerstand des Wassers mit einem Wechselstrom messen. Sie messen die Wechselspannung an den Elektroden und den Wechselstrom, der durch das Wasser fließt, und teilen ihn auf, um den effektiven Widerstand zu erhalten. Die Größe der Elektroden beeinflusst in jedem Fall auch den effektiven Widerstand. Wenn Sie mit einem Gleichstrom-Ohmmeter unter Verwendung von Punktkontaktelektroden (Bleispitzen) messen, erhalten Sie immer einen höheren Widerstand als berechnet. Alle möglichen seltsamen Dinge passieren an der Grenzfläche zwischen Elektrode und Wasser. Es gibt viele Artikel zu diesem Thema.

— user208431
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Was Sie in den Berechnungen vermissen, ist der Temperaturkoeffizient zur Korrektur der Temperaturänderungen, wenn er nicht 25 ° C beträgt. Für die meisten Anwendungen beträgt der Wert 2% pro Grad Celsius.

— GR Tech
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Dies erklärt auf keinen Fall den enormen Unterschied zwischen Vorhersage und Messung.

— Chris Stratton

Wer spricht von einem großen Unterschied? Erinnern Sie einfach daran, was Sie verpasst haben. Mit Downvote meinen Sie, wir müssen den Temperaturkoeffizienten überhaupt ignorieren ... Wirklich interessant !!!

— GR Tech

Der ursprüngliche Fehler war ein Faktor von 41 von erwartet. Nach einigen Änderungen geht es um den Faktor zwei. Ihr Temperaturmodell kann beides nicht erklären .

— Chris Stratton