3章:食塩水の電気特性
作成2014.12.20
- 電気抵抗率の定義
電気抵抗率は、どんな材料が電気を通しにくいかを比較するために、用いられる物性値である。単位は、オームメートル(Ω・m)である。
電気抵抗 R の値は、電気抵抗率を ρ(ロー)、導体の長さを L 、導体の断面積を A とすると次の式で示される。
(3.1)式で電気抵抗率を ρ(ロー)を計算するには、導体の長さを Lと導体の断面積を Aの値を知る必要がありますが溶液中の電流は3次元的な分布を持つため厳密な計算は容易ではありません。
そこで、あらかじめ電気抵抗率のわかっている溶液の抵抗Rを測定するとA/Lの値を求めることができます。海水の比抵抗は0.2Ω・mで塩分濃度は約3.4%であるといわれています。
海水は手持ちにないので約3%の食塩水で代用します。以下に示す電極で測定した結果は99Ωとなりました。
したがって
となります。
- 水道水と食塩水の電気抵抗率ト
水道水と食塩水の電気抵抗率の測定結果表を以下に示します。
濃度 | 1回目 | 2回目 | 3回目 | 4回目 | 平均Ω | 電気抵抗率Ω・m |
0%(水道水) | 4411 | 4509 | 5103 | 5563 | 4897 | 9.891 |
1%食塩水 | 137 | 131 | 131 | 135 | 134 | 0.27 |
2%食塩水 | 107 | 104 | 108 | 109 | 107 | 0.216 |
3%食塩水 | 100 | 99 | 98 | 98 | 99 | 0.199 |
4%食塩水 | 91 | 88 | 90 | 89 | 90 | 0.181 |
上記表の結果において
(1)水道水の電気抵抗率は一般的に50Ω・m程度といわれていますが、実測では約1/5の10Ω・m程度になってしまいました。
(2)この原因としては、電極や容器の汚染の影響が考えられます。
(3)電気抵抗率の変化は0から1%の間が最も大きく、濃度が上がるに従って変化が小さくなる。
(4)塩分濃度と電気抵抗率の間には線形の関係が成立しない。
- 水道水と食塩水の静電容量
E電極で水道水と食塩水の静電容量測定結果を以下に示します。
物質 | 静電容量(pF) |
空気 | 43 |
水道水 | 526 |
2.5%食塩水 | 586 |
5%食塩水 | 572 |
上記表の結果において
(1)空気中で43pFであった静電容量は水道水で526pFまで増加する。
(2)測定バラツキが大きいため、水道水、2.5%食塩水、5%食塩水は有意差無しとすべきである。
(3)静電容量の変化は物質の誘電率変化の影響と思われる。
- 結果の検討
(1)電極の絶縁部が溶液につかると、絶縁部が汚染され正確な測定ができなくなる。
(2)電極の絶縁部が溶液につからない構造に変更する必要が生じた。
(3)電極間隔を広くしたほうが測定結果が安定する。
(4)電極間隔を大きくしても抵抗値はあまり変化しない。
(5)溶液の電気特性測定は電極や容器の汚染の影響を受けやすく、正確な測定が難しい。
(6)静電容量については、食塩の影響が確認できなかった。
(7)水道水の電気抵抗率は一般的に50Ω・m程度といわれていますが、実測では約1/5の10Ω・m程度になってしまいました。
(8)電気抵抗率の変化は0から1%の間が最も大きく、濃度が上がるに従って変化が小さくなる。
(9)塩分濃度と電気抵抗率の間には線形の関係が成立しない。
4章:身近な食材の電気抵抗率に行く。
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