抵抗器として水のボト​​ルを使用する

今日、ボトルから水を飲みながら、水に関する情報を読み始め、25° C での導電率（）が147.9 \ mu S / cmであることがわかりました。そこで、水のボトルの抵抗を上から下まで計算できるのではないかと気がつきました。いくつかの測定の後、ボトルは高さ18cm、ベース半径3cmのシリンダーとして近似できることがわかりました。$500mL$$\sigma$$25°$$147.9\mu S/cm$$18cm$$3cm$

したがって、次のことができます$R_{eq} = \frac{\rho L}{A}$、ここで$\rho = \frac{1}{\sigma}$は抵抗率、$L$はボトルの高さ、$A$はベースエリア。これを行うことで、R_ {eq} \ simeq 4.3k \ Omegaを取得しました$R_{eq} \simeq 4.3k\Omega$。

次に、新しいフルボトルを購入し、その底に穴を開けて（もちろん漏れを防ぎます）、この穴から「口」までの抵抗を（デジタルマルチメーターで）測定しました。プローブが水に触れます。測定された抵抗は本当に高く、プローブを配置した水深に応じて$180k\Omega$から$1M\Omega$まで及びました。

測定された抵抗が計算した値と大きく異なるのはなぜですか？何か不足していますか？抵抗器として水のボト​​ルを使用することはまったく可能ですか？

編集＃1：ジッピーは、ボトルと同じ形状の電極を使用する必要があると指摘しました。アルミホイルを使用しましたが、実際に機能しました！この時間を除いて、私が計算した4.3k \ Omegaではなく、約10k \ Omegaを測定しました。抵抗器として水を使用してLEDを点灯しているときに気づいたことの1つは、時間の経過とともに抵抗がゆっくりと増加することでした。この現象は、DC電流が水の中を移動する間に起こる電気分解によって説明できますか（電極は、表面にイオンが蓄積するため、徐々に悪化します）？これはAC電流では起こりませんよね？$10k\Omega$$4.3k\Omega$

使用する式は特定の領域で有効ですが、プローブのサイズは計算で使用した領域の近くにはありません。より近い近似が必要な場合は、水柱を計算する領域と同じサイズの電極を使用する必要があります。1つは上部、もう1つは下部です。

@jippieに同意します。

たとえば、古き良き時代のカーボンロッド抵抗器のこの断面を見てみましょう。

ワイヤーはカーボンロッドに刺さっているだけではなく、カーボンロッドと同じ直径の金属板に取り付けられています。

最新のカーボンフィルム抵抗器でも同じです。

ここで、ワイヤはニッケルキャップに取り付けられます。ニッケルキャップは、1箇所だけでなく、その周囲でカーボンチューブに接続します。

Jippieがすでに指摘したように、問題の1つは、計算で想定したものよりも電極がはるかに小さいことです。彼らは、シリンダーの上部と下部全体が電極になると仮定しているようです。

ただし、「水」の抵抗率は大きく異なります。非常に純粋で脱イオン化された水は非常に高い抵抗率を持っています。あなたがアクセスする可能性のある実際の水の抵抗率は、その中に含まれる不純物のすべてです。わずかな量でさえ、抵抗率に大きな違いをもたらす可能性があります。

水から抵抗器を作るための別の問題は、電極に電気分解があることです。不純物や不活性電極（グラファイトなど）がないため、一方の電極で水素が放出され、他方の電極で酸素が放出されます。不純物と化学的に活性な電極では、多くのことが起こります。たとえば、塩水を電気分解すると、塩素ガスが発生します。電極として使用される場合、ほとんどの金属は一方の端で腐食します。

水は単に抵抗器を作るのに適した物質ではありません。

DMMを使用して、運の良さや再現性のある結果なしに、水の伝導率を数回測定しようとしました。（大きなフラットプローブを使用。）これを読むには、http：//en.wikipedia.org/wiki/Conductivity_（electrolytic）

問題は、水/プローブの端でのDC電気分解かもしれないと思います。今、私はいつかACで試してみる必要があります！

編集の追加：（金曜日の楽しみ。）
だから私は水の抵抗を測定する意欲があった。
プラスチック製の浴槽に直径1/2インチのSSポストを入れ、底に〜1 "のバッファロー水道水を入れます （写真とデータはこちらです）。

プローブを介してオペアンプTIAに送信される関数発生器からの信号。（R = 1 kオーム）プローブを1 kオームまでの抵抗に移動しました（TEK000を参照）。次に、プローブをDMM（抵抗スケール）に貼り付けました。抵抗は最初は急速に変化し（〜3kオームから開始）、徐々に〜50kオームまで上昇し、その時点でDMMのオートレンジは〜300kオームになり、その後抵抗は〜200kオームに低下しました。

その後、ステップ応答を見て、電圧駆動の振幅を変更して、いくつかを再生しました。
（再びデータはドロップボックスリンクにあります）

その後、ひとつまみの塩を振りかけました。抵抗はすぐに約100オームまで低下しました（150に近い）DMMで測定しようとすると、抵抗は40 kオームでした！

時定数は、水に塩を入れるとはるかに速くなりました。

水の抵抗を測定するには、水の時定数よりも速い周波数で交流を行う必要があります。（水の時定数は電解質濃度によって変化します。）

私は高校の物理学プロジェクトで純水のDC伝導率を調べ（32年前）、電流を増加させると最初は抵抗が線形に減少し、その後劇的に抵抗が減少することを発見しました。 Olin Lathropによって）イオン化を引き起こします。これはあなたが見つけたものの反対です。

電極の水素と酸素ガスは導電性表面積を減少させ、抵抗率を増加させますが、各電極に移動する水素と酸素は電気を伝導するため、逆/競合効果があり、これは形状とサイズに依存します電極。おそらく私の電極は、前者の効果（表面積の減少）を無視して後者のみを残すのに十分な大きさだったのでしょう。

AC電流を使用して水の抵抗を測定する必要があります。電極間のAC電圧と水を流れるAC電流を測定し、分割して実効抵抗を取得します。電極のサイズも実効抵抗に絶対に影響します。点接触電極（リードチップ）を使用してDCオーム計で測定すると、常に計算された抵抗よりも高い抵抗が得られます。電極と水の界面では、あらゆる種類の奇妙なことが起こります。この件について書かれた多くの論文があります。

計算で見落とされるのは、温度が25℃以外の場合に温度変化を補正する温度係数です。ほとんどのアプリケーションでは、摂氏1℃あたり2％の値があります。