Przewodność elektryczna (konduktywność) – co to jest?

Konduktywność (ɣ) wyraża jak dobrze materiał przewodzi prąd elektryczny. Przewodnictwo elektryczne wody (zwane przewodnością elektryczną wody lub konduktancją wody) można określić więc jako zdolność wody do przewodzenia prądu elektrycznego.

Jony czy elektrony? Rezystancja wody

W przypadku metali to ruch elektronów powoduje przepływ prądu. W roztworach wodnych transport ładunku przejmują jony, powstałe podczas rozpuszczania soli, kwasów lub zasad. Przewodność elektryczna wody zależy od ilości obecnych w niej jonów – im więcej tych cząsteczek jest obecnych w cieczy, tym lepiej przewodzi ona prąd.

Pomiar przewodności wody – zasada pomiaru

Przyrząd wytwarza napięcie elektryczne w mierzonym roztworze. Następnie przepływa przez niego prąd, którego wartość zależy od przewodności. W zależności od metody lub zastosowania, przyrząd albo 1) utrzymuje stały sygnał napięciowy i rejestruje zmianę prądu elektrycznego, albo 2) utrzymuje stałą wartość prądu i ocenia zmianę napięcia.

Kliknij i dowiedz się, jak mierzyć przewodność w wodzie morskiej i słonej:

Prawo Ohma a przewodność wody

Obie metody oparte są na prawie Ohma (schemat poniżej). Przy stałym napięciu, prąd rośnie proporcjonalnie do konduktancji. Zaś przy stałym natężeniu prądu napięcie maleje wraz ze wzrostem konduktancji.

Z prawa Ohma wynika, że pomiary konduktancji dotyczą tak naprawdę pomiarów rezystancji. W związku z tym, wartość konduktancji I/U otrzymuje się z odwrotności wartości rezystancji.

Polaryzacja a przewodność elektryczna

Prąd elektryczny pomiędzy elektrodami zależy od ruchu jonów w mierzonym roztworze. Podczas pomiaru jony poruszają się w kierunku elektrody, która w danym momencie jest przeciwnie naładowana. Każdy jon, który dotrze do jednej z powierzchni elektrody, wyrównuje część napięcia między elektrodami. Ponieważ nie jest już ruchomy, blokuje przepływ prądu.

Ten efekt (polaryzacja) może być zrównoważony przez napięcie zmienne. Ze względu na ciągłe odwracanie polaryzacji, tylko niewielka ilość jonów dociera do elektrod, i to tylko na krótki czas. Im więcej jonów zawiera roztwór, czyli im wyższa jest jego przewodność, a co za tym idzie wyższa musi być częstotliwość, którą urządzenie musi stosować, aby zapobiec polaryzacji elektrod.

Przewodność elektrolityczna – od czego zależy?

Na przewodność wody wpływ ma:

• stopień zanieczyszczenia - im bardziej zanieczyszczona jest ciecz, tym większa jest kek przewodność elektryczna. Woda czysta niemal nie przewodzi prąd elektrycznego.

• temperatura - temperatura roztworu musi być znana, aby pomiar był prawidłowy. Wzrost temperatury o 1°C powoduje zwiększenie ruchliwości jonów, a co za tym idzie większą przewodność o ok. 2% w przypadku wody wodociągowej i ok. 6% dla wody o wysokim stopniu czystości. Temperatura może być mierzona automatycznie za pomocą czujnika temperatury (np. Pt 100 lub Pt 1000) lub ustawiona ręcznie przez użytkownika.

Cele pomiarowe

2-elektrodowe cele pomiarowe

Dwuelektrodowe cele pomiarowe to najprostsza konstrukcja konduktometrycznej celki pomiarowej. Składają się z dwóch elektrod i osłony mocującej obie elektrody. Pomiędzy elektrody przykładane jest stałe napięcie zmienne. Sygnałem pomiarowym jest prąd przepływający przez mierzony roztwór.

Dwuelektrodowe cele pomiarowe są w pełni wystarczające do pomiarów przemysłowych. Typ, stała i charakter powierzchni elektrody zależy od konkretnego zastosowania, do którego cela ma być użyta.

4-elektrodowe cele pomiarowe

Na 4-elektrodowe cele pomiarowe się dwie pary elektrod. Jedna para mierzy natężenie prądu, druga napięcie przyłożone do mierzonego roztworu. Ich zaletą jest niska wrażliwość na wpływ zakłóceń rezystancji spowodowanych np. długimi przewodami przyłączeniowymi, zanieczyszczeniami lub polaryzacją. Prowadzi to do niskich odczytów, ponieważ zmniejszają one napięcie, które elektrody przykładają do mierzonego roztworu. Druga para elektrod wyznacza napięcie na mierzonym roztworze. Urządzenie może uwzględniać opór zakłócający za pomocą elektronicznej regulacji opartej na zmierzonych wartościach natężenia/napięcia dla dwóch par elektrod.

Zastosowanie konduktometrii

Konduktometria wykorzystywana jest w różnych zastosowaniach. Pomiary przewodności są istotne m.in dla przemysłu i ochrony środowiska. W zależności od zastosowania, pomiar może odbywać się w laboratorium, na obiekcie za pomocą ręcznego przyrządu lub w sposób ciągły, np. w środowisku procesowym.

Pomiar przewodności elektrolitycznej wykonuje się w takich miejscach, jak:

• oczyszczalnie ścieków

• cynkownie

• rozlewnie napojów,

• produkcja farmaceutyczna

• elektrownie

• zakłady odsalania.

Przewodność jest ważnym narzędziem monitorowania różnych rodzajów wody (m.in. wody czystej, wody pitnej, wody naturalnej, wody technologicznej czy jakości wód chemicznych) oraz innych rozpuszczalników.

Konduktometry/czujniki przewodności JUMO

Miernik przewodności wody to konduktometr. Wybór właściwego czujnika jest czynnikiem decydującym o uzyskaniu dokładnych i wiarygodnych wyników. W JUMO posiadamy wysokiej klasy czujniki przewodności wody – z 2 lub 4 elektrodami oraz z interfejsami cyfrowymi, takimi jak JUMO digiLine lub IO-Link. Sprawdź nasze konduktometry i przekonaj się sam!

Kliknij i zobacz jak wyznaczyć charakterystykę stężenia przy użyciu konduktometru JUMO CTI-750: