Usar una botella de agua como resistencia

Hoy, mientras bebía un poco de agua de un 500 metro L botella, comencé a leer la información sobre el agua y descubrí que la conductividad ( σ ) en 25 ° C es 147.9 m S / C metro . Así que me llamó la atención que tal vez podría calcular la resistencia de la botella de agua, de arriba a abajo. Después de algunas mediciones, descubrí que la botella se puede aproximar a un cilindro con 18 C metro altura y 3 C metro radio básico.

Entonces podemos hacer lo siguiente: R mi q = ρ L A , dónde ρ = 1 σ es la resistividad, L es la altura de la botella y A es el área base. Al hacer esto, conseguí R mi q ≃ 4.3 k Ω .

Luego, compré una nueva botella llena, le hice un agujero en el fondo (por supuesto para evitar fugas) y medí la resistencia (con un multímetro digital) desde este agujero hasta la "boca", primero haciendo que solo la punta de las sondas tocan el agua. La resistencia medida fue realmente alta, oscilando entre 180 k Ω incluso 1 METRO Ω dependiendo de qué tan profundo en el agua coloque las sondas.

¿Por qué la resistencia medida es tan diferente de lo que calculé? ¿Me estoy perdiendo de algo? ¿Es posible usar una botella de agua como resistencia?

Edición # 1: Jippie señaló que debería usar electrodos con la misma forma que la botella. ¡Usé un poco de papel de aluminio y realmente funcionó! Excepto que esta vez medí ~ 10 k Ω y no el 4.3 k Ω Calculé. Una cosa que pude notar mientras encendía un LED con agua como resistencia fue que la resistencia aumentaba lentamente con el tiempo. ¿Puede explicarse este fenómeno por la electrólisis que ocurre mientras la corriente continua viaja a través del agua (los electrodos empeoran lentamente debido a la acumulación de iones en sus superficies)? Esto no sucedería con la corriente alterna, ¿verdad?

La conductividad del agua tendrá mucho que ver con el contenido iónico del agua.
Por supuesto, pero imaginé que la conductividad indicada en la botella sería suficiente para calcular la resistencia.
Curiosamente, he usado una botella de agua como resistencia antes para probar mi fuente de alimentación. Tiene un excelente calor específico y puede consumir mucha energía antes de calentarse. La desventaja es que, a menos que planees trabajar con corriente alterna, ¡la electrólisis convierte tu botella de agua en una bomba de hidrógeno!
@fuzzyhair2 Una bomba de hidrógeno no es solo una mezcla de oxígeno e hidrógeno :-)
La resistencia del agua pura de pH 7 es bastante alta, pero prácticamente todo lo que se disuelva en ella reducirá drásticamente su resistencia. Por otro lado, prácticamente todos los materiales de electrodos conductores reaccionan electrolíticamente con el agua y, para los sistemas de CC, se desarrollará una capa de óxido aislante en un electrodo.
@fuzzyhair2, ¿realmente has probado esto? Solo he hecho la prueba DMM. (Entiendo que la "bomba de hidrógeno" es una botella de agua con gas que se genera en su interior). Tendré que hacer una medición mañana, dado el tiempo. El resto de vosotros deberíais probar y medir la resistencia del agua... añadir sal si queréis. (Lo siento, espero que lo último no haya sido demasiado exigente. Simplemente me gusta medir las cosas por mí mismo).
@GeorgeHerold Trabajé hace unos años en la instrumentación de celdas de conductividad para instalaciones de RO automatizadas (utilizadas en una aplicación médica). El voltaje, la frecuencia, etc., y la forma de onda son muy importantes y, por supuesto, debe ser CA. La conductividad se cotiza a un número absurdo de dígitos significativos. Me pregunto si fue una medida del resorte o alguna conversión extraña.
Electrolisys seguirá ocurriendo con AC - seguirás teniendo burbujas en los electrodos. Parte del aumento de la resistencia también se debe al deterioro de los electrodos: la corriente mueve el metal de un electrodo al otro. El uso de varillas de carbono (que tienen una alta resistencia en sí mismas, no son tan buenas para las mediciones de resistencia) o acero inoxidable reducirá los efectos sobre los electrodos. Además, el contacto entre el alambre y el papel de aluminio empeorará debido a los efectos del agua y la corriente sobre las superficies metálicas.
¿Cuáles son las barras de error en la medición de la conductividad?
Así es exactamente como funcionan los vaporizadores de habitación para uso doméstico. Las instrucciones generalmente sugieren poner un poco de bicarbonato en el agua del grifo para reducir la resistencia del agua del grifo; si arrojas tontamente una pila de sal, la velocidad de ebullición es algo digno de contemplar (no es que lo haya intentado alguna vez...)

Respuestas (7)

La fórmula que usa es válida para un área determinada, pero el tamaño de sus sondas no se acerca al área que usó en su cálculo. Si desea una aproximación más cercana, deberá usar electrodos de un tamaño similar al del área para la que calculó la columna de agua, uno plano en la parte superior y otro plano en la parte inferior.

Entonces, ¿mi aproximación sería mejor si uso tales electrodos en la parte superior e inferior? ¿Estaría bien usarlos con cables simples soldados? ¿Los electrodos generarían una capacitancia considerable?
Obtienes capacitancia cuando tienes un dieléctrico. El agua no es un dieléctrico, ya que conduce. No habrá capacitancia ya que la carga de una placa puede viajar a través del agua a la otra placa.
Lo intentaré y agregaré los resultados más tarde.
Probé los electrodos y en realidad mejoró mucho. Más info en la publicación.
@Majenko Water tiene una constante dieléctrica bastante alta, algo así como 80 a temperatura ambiente. Tiene un gran momento dipolar, lo que explica eso. El hecho de que normalmente tenga fugas como dieléctrico no cambia eso.
Claro, puede tener un dieléctrico alto, pero eso no significa que mantendrá una carga entre dos placas cuando conduce esa carga entre las placas igualando la carga. Si desea usar agua como dieléctrico, debe aislar las placas del agua, como lo hace cuando desea usar el método capacitivo para sondear la profundidad del agua o el contenido de humedad del suelo, etc.

Estoy de acuerdo con @jippie.

Por ejemplo, tome esta sección transversal de una buena resistencia de varilla de carbono antigua:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Notará que los cables no solo se adhieren a la varilla de carbono, sino que se unen a placas de metal del mismo diámetro que la varilla de carbono.

Lo mismo con una resistencia de película de carbón más moderna:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Aquí, los cables se unen a las tapas de níquel que se conectan con el tubo de carbono alrededor de su circunferencia, no solo en un punto.

La película de carbono se corta en forma de espiral que envuelve la cerámica. Por lo tanto, en su mayoría solo hace contacto en un área pequeña.
Sí, pero seguirá haciendo contacto con toda esa área al final, no solo con un pequeño punto donde está conectado el cable. Lo importante es que la conexión sea del tamaño completo del elemento resistivo, cualquiera que sea, no solo un punto en ese elemento resistivo.

Como ya señaló Jippie, uno de los problemas es que sus electrodos eran mucho más pequeños de lo que suponían sus cálculos. Parecen suponer que todas las áreas superior e inferior del cilindro serán los electrodos.

Sin embargo, la resistividad del "agua" varía ampliamente. El agua muy, muy pura y desionizada tiene una resistividad muy alta. La resistividad de cualquier agua real a la que probablemente tenga acceso tiene que ver con las impurezas que contiene. Incluso pequeñas cantidades pueden marcar una gran diferencia en la resistividad.

Otro problema para hacer una resistencia con agua es que habrá electrólisis en los electrodos. Sin impurezas y electrodos inertes (como el grafito), se liberará hidrógeno en un electrodo y oxígeno en el otro. Con impurezas y electrodos químicamente activos, pueden pasar muchas cosas. Por ejemplo, si electrolizas agua salada, en parte obtendrás cloro gaseoso. La mayoría de los metales se corroerán en un extremo del otro si se usan como electrodos.

El agua simplemente no es una buena sustancia para hacer resistencias.

Antiguamente se usaban grandes barriles de agua salada con placas de cobre que se podían sumergir en ellos para controlar motores eléctricos en el carnaval. Entonces, en realidad se usaron como una especie de resistencia.
Vi una configuración muy parecida a esa en una fábrica hace unos años, utilizada durante el arranque de una gran extrusora de película plástica o algo así.
Las configuraciones de iluminación de etapa temprana a veces usaban agua para atenuar. Como dice Olin, el agua por sí sola no es muy útil: se agregó sal o ácido al agua para aumentar en gran medida la conductividad. Vea esto por ejemplo.
Es bueno que indiques que los iones hacen cambios en la conductividad del agua. +1

He intentado medir la conductividad del agua varias veces con un multímetro digital sin mucha suerte... ni resultados reproducibles. (usando grandes sondas planas). Leyendo esto, http://en.wikipedia.org/wiki/Conductivity_(electrolytic)

Creo que el problema puede ser la electrólisis de CC en los extremos del agua/sonda. ¡Ahora tendré que probarlo AC algún día!

Editar adición: (Friday Fun.)
Así que estaba motivado para medir la resistencia del agua.
Puse algunos postes SS de 1/2 pulgada de diámetro en una tina de plástico con ~ 1 "de agua del grifo Buffalo en el fondo. (Aquí hay una imagen y los datos).

Las señales de un generador de funciones se enviaron a través de las sondas a un TIA opamp. (R = 1k ohm) Moví las sondas y obtuve ~ 1k ohm de resistencia (Ver TEK000). Luego metí las sondas en un DMM (escala de resistencia). La resistencia cambió rápidamente al principio (comenzando en ~3k ohm) y luego aumentó lentamente hasta ~50k Ohm, momento en el cual el DMM se ajustó automáticamente y fue a ~300k Ohm y luego la resistencia cayó a ~200k Ohm.

Luego jugué un poco, observé la respuesta de paso, cambié la amplitud de la unidad de voltaje.
(nuevamente, los datos están en el enlace de Dropbox)

Luego espolvoreé una pizca de sal. La resistencia cayó rápidamente a ~100 ohmios (más cerca de 150) ¡Tratando de medir con un multímetro digital, la resistencia fue de 40 k ohmios!

La constante de tiempo fue mucho más rápida con sal en el agua.

Para medir la resistencia del agua necesitas hacerlo AC con una frecuencia que sea más rápida que la constante de tiempo del agua. (La constante de tiempo del agua cambia con la concentración de electrolitos).

@Thiago, un placer. Hice esto hace años con un DMM y nunca pude entender por qué no funcionó. Su pregunta me estimuló a averiguarlo. (Pruébelo AC... un número muy diferente al que da el DMM... intente agregar un poco de sal con el DMM).

Hice mi proyecto de física de la escuela secundaria sobre la conductividad de CC del agua pura (hace 32 años) y descubrí que aumentar la corriente disminuyó la resistencia linealmente al principio y luego de manera bastante dramática, lo primero y lo último posiblemente causado por electrólisis en los electrodos (como se mencionó por Olin Lathrop) causando ionización, lo contrario de lo que ha encontrado.

El hidrógeno y el oxígeno gaseosos en los electrodos reducirán su área de superficie conductora, lo que aumentará la resistividad, pero el hidrógeno y el oxígeno que viajan a cada uno de los electrodos conducirán la electricidad, por lo que es posible que tenga efectos inversos/competitivos que pueden depender de la forma y el tamaño del electrodo. electrodos Quizás mis electrodos eran lo suficientemente grandes como para descartar el efecto anterior (reducción del área de superficie) dejando solo el último.

Necesita medir la resistencia del agua usando una corriente alterna. Mide el voltaje de CA a través de los electrodos y la corriente de CA que pasa por el agua y se divide para obtener la resistencia efectiva. El tamaño de los electrodos también afectará absolutamente la resistencia efectiva. Medir con un ohmímetro de CC usando electrodos de contacto puntual (puntas de plomo) siempre le dará una resistencia mayor que la calculada. Todo tipo de cosas extrañas suceden en la interfaz electrodo-agua. Hay muchos artículos escritos sobre el tema.

Lo que se pierde en los cálculos es el coeficiente de temperatura para corregir los cambios de temperatura si es diferente a 25 grados C. Para la mayoría de las aplicaciones tiene un valor de 2% por grado Celcius.

No hay forma de que esto explique la enorme diferencia entre predicción y medición.
¿A quién se menciona una gran diferencia? Sólo recuerda lo que se pierde. Por voto negativo quieres decir que tenemos que ignorar el coeficiente de temperatura en absoluto... ¡Muy interesante!
El error original fue un factor de 41 de lo esperado. Después de algunos cambios, se trata de un factor de dos. Su modelo de temperatura no puede explicar ninguno de los dos .
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