Использование бутылки с водой в качестве резистора

В настоящее время , в то время как питьевая воду из $500mL$ бутылки, я начал читать информацию о воде и выяснил , что проводимость ( $\sigma$ ) при $25°$ С составляет . Так что до меня дошло, что, возможно, я смогу рассчитать сопротивление бутылки с водой, сверху донизу. После некоторых измерений я обнаружил, что бутылку можно представить в виде цилиндра с высотой и радиусом основания .$147.9\mu S/cm$$18cm$$3cm$

Таким образом, мы можем сделать следующее: , где - удельное сопротивление, - высота бутылки, а - основание площадь. Сделав это, я получил .$R_{eq} = \frac{\rho L}{A}$ лРед≃4.3к$\rho = \frac{1}{\sigma}$$L$$A$$R_{eq} \simeq 4.3k\Omega$

Затем я купил новую полную бутылку, сделал отверстие на ее дне (конечно, чтобы избежать утечек) и измерил сопротивление (с помощью цифрового мультиметра) от этого отверстия до «горловины», сначала сделав так, чтобы только кончик зонды касаются воды. Измеренное сопротивление было очень высоким, в диапазоне от $180k\Omega$ , чтобы даже $1M\Omega$ в зависимости от того, насколько глубоко в воде я расположил зонды.

Почему измеренное сопротивление так сильно отличается от того, что я рассчитал? Я что-то пропустил? Можно ли вообще использовать бутылку воды в качестве резистора?

Правка № 1: Джиппи указал, что я должен использовать электроды той же формы, что и бутылка. Я использовал алюминиевую фольгу, и это действительно сработало! Кроме этого времени я измерил ~ , а не 4,3 к Ω я вычислил. Одной вещью, которую я смог заметить при освещении светодиода водой в качестве резистора, было то, что сопротивление медленно росло со временем. Может ли это явление быть объяснено электролизом, который происходит, когда постоянный ток проходит через воду (электроды медленно ухудшаются из-за накопления ионов на их поверхностях)? Это не произойдет для переменного тока, верно?$10k\Omega$$4.3k\Omega$

Используемая вами формула действительна для определенной области, но размер ваших зондов далеко не соответствует области, которую вы использовали в своих расчетах. Если вы хотите получить более близкое приближение, вам придется использовать электроды, схожие по размеру с площадью, для которой вы рассчитали толщу воды: одна квартира сверху, одна квартира снизу.

Я согласен с @jippie.

Например, возьмем это сечение хорошего старомодного резистора из углеродного стержня:

Вы замечаете, что провода не просто втыкаются в углеродный стержень - они прикрепляются к металлическим пластинам того же диаметра, что и углеродный стержень.

То же самое с более современным резистором из углеродной пленки:

Здесь провода прикрепляются к никелевым колпачкам, которые соединяются с углеродной трубкой прямо по ее окружности, а не только в одной точке.

Как уже указывал Джиппи, одна из проблем заключается в том, что ваши электроды были намного меньше, чем предполагали ваши расчеты. Кажется, они предполагают, что вся верхняя и нижняя части цилиндра будут электродами.

Однако удельное сопротивление «воды» сильно варьируется. Очень очень чистая и деионизированная вода имеет очень высокое удельное сопротивление. Удельное сопротивление любой реальной воды, к которой вы, вероятно, имеете доступ, зависит от того, какие в ней примеси. Даже небольшое количество может иметь большое значение для удельного сопротивления.

Другая проблема для изготовления резистора из воды заключается в том, что на электродах будет электролиз. Без примесей и инертных электродов (например, графита) вы получите водород, выделенный на одном электроде, и кислород на другом. С примесями и химически активными электродами многое может произойти. Например, если вы электролизуете соленую воду, вы частично получите газообразный хлор. Большинство металлов будут корродировать на одном конце другого, если используются в качестве электродов.

Вода просто не подходит для изготовления резисторов.

Я несколько раз пытался измерить проводимость воды с помощью цифрового мультиметра без особой удачи ... или воспроизводимых результатов. (используя большие плоские зонды.) Читая это, http://en.wikipedia.org/wiki/Conductivity_(electrolytic)

Я думаю, что проблема может заключаться в постоянном электролизе на концах воды / зонда. Теперь я должен буду попробовать это AC однажды!

Редактировать дополнение: (Пятничная забава.)
Поэтому я был мотивирован, чтобы измерить сопротивление воды.
Я положил несколько столбиков диаметром 1/2 дюйма в пластиковую ванну с ~ 1 "водопроводной водой Buffalo на дне. (Изображение и данные здесь.)

Сигналы от генератора функций отправляются через зонды в операционный усилитель TIA. (R = 1 кОм) Я переместил щупы с сопротивлением ~ 1 кОм (см. TEK000). Затем я сунул щупы в цифровой мультиметр (шкала сопротивления). Сначала сопротивление быстро изменялось (начиная с ~ 3 кОм), затем медленно увеличивалось до ~ 50 кОм, после чего автодиапазон цифрового мультиметра достигал ~ 300 кОм, а затем сопротивление падало до ~ 200 кОм.

Я тогда немного поиграл, посмотрел на шаг отклика, поменял амплитуду напряжения привода.
(опять данные в ссылке dropbox)

Затем я посыпал щепотку соли. Сопротивление быстро упало до ~ 100 Ом (ближе 150). Попытка измерить с помощью цифрового мультиметра сопротивление составило 40 кОм!

Постоянная времени была намного быстрее с солью в воде.

Чтобы измерить сопротивление воды, нужно сделать это переменным током с частотой, которая быстрее, чем постоянная времени воды. (Постоянная времени воды изменяется с концентрацией электролита.)

Я выполнил свой школьный физический проект по постоянному току проводимости чистой воды (32 года назад) и обнаружил, что увеличение тока сначала линейно, а затем довольно резко уменьшает сопротивление, причем первое и второе, возможно, вызвано электролизом на электродах (как уже упоминалось). Олин Латроп) вызывает ионизацию, противоположную тому, что вы нашли.

Газообразный водород и кислород на электродах уменьшают площадь их проводящей поверхности, увеличивая удельное сопротивление, но водород и кислород, поступающие на каждый из электродов, будут проводить электричество, поэтому вы можете иметь обратные / конкурирующие эффекты, которые могут зависеть от формы и размера электроды. Возможно, мои электроды были достаточно большими, чтобы игнорировать первый эффект (уменьшение площади поверхности), оставляя только последний.

Вам необходимо измерить сопротивление воды с помощью переменного тока. Вы измеряете переменное напряжение на электродах и переменный ток, проходящий через воду, и делите их, чтобы получить эффективное сопротивление. Размер электродов также будет влиять на эффективное сопротивление. Измерение с помощью омметра постоянного тока с использованием точечных контактных электродов (выводных наконечников) всегда даст вам сопротивление выше расчетного. Все виды странных вещей происходят на границе раздела электрод-вода. На эту тему написано много работ.

В расчетах вам не хватает температурного коэффициента для корректировки изменений температуры, если он не равен 25 градусам Цельсия. Для большинства применений значение составляет 2% на градус Цельсия.