اصول هدایت الکتریکی (EC) چیست؟

در این مقاله در رابطه با هدایت الکتریکی و تفاوت آن با مقاومت الکتریکی، کاربرد آن در صنعت مثل کشاورزی، استفاده از هدایت الکتریکی در بهبود کیفیت آب و آبکاری، اندازه گیری مواد جامد محلول، تعیین میزان شوری و تاثیر دما برای آن صحبت می‌کنیم. در نهایت دستگاه‌هایی که برای اندازه گیری هدایت الکتریکی یا EC استفاده می‌شود را معرفی می‌کنیم. همراه هانا ایران باشید ….

هدایت الکتریکی چیست؟

قابلیت مواد در اتنقال گرما صدا و جریان الکتریسیته را هدایت الکتریکی می‌نامند. بحث ما در این مقاله بر روی هدایت الکتریکی(EC) مایعات در انتقال جریان الکتریسیته است. یون‌ها که همان ذرات باردار هستند عمل انتقال الکتریسیته را در مواد انجام می دهند. این یون‌ها دارا بار مثبت یا منفی هستند. هرچقدر یون‌های بیشتری در مواد موجود باشند انتقال الکتریسیته بهتری انجام خواهد شد و هرچه یونها کمتر باشند الکتریسیته کمتری منتقل می شوند. هر چه هدایت بیشتری باشد انتقال الکتریسیته بیشتری هم انجام می گیرد.

تفاوت بین هدایت و مقاومت الکتریکی چیست؟

این پارامتر بر اساس هدایت و توانایی مواد در انتقال جریان در محدوده معینی است که مقیاس اندازه گیری ان زیمنس است که شامل زیمنس بر سانتی متر، میلی زیمنس و میکرو زیمنس و ds زیمنس بر سانتی متر است.برای نمونه آب بسیار خالص دارای هدایت الکتریکی 0.055 میکرو زیمنس بر سانتی متر در 25 درجه سانتی گراد است.

از سوی دیگر مقاومت الکتریکی بیانگر میزان مقاومت ماده در برابر عبور جریان الکتریکی در محدوده معینی از ماده است که در مقیاس اهم بر سانتی متر اندازه گیری و بیان میشود. برای مثال مقاومت الکتریکی آب بسیار خالص در حدود 18.16 مگا اهم بر سانتی متر در دمای 25 درجه سانتی گراد است. هدایت و مقاومت الکتریکی هر دو واحدهای قابل تبدیل به یکدیگر هستند مقاومت الکتریکی برای غلظت‌های پایین الکترولیت‌ها و یا ردیابی آلاینده هایی در اب بسیار خالص بکار می‌رود . هدایت الکتریکی برای تعیین میزان نمک مثلا در آب شور ، حمام آبکاری و یا تعیین میزان اسیدیته استفاده می‌شود.

EC در چه صنایعی بیشتر استفاده می‌شود؟

پس از اشاره مختصر به مفاهیم هدایت الکتریکی ، اینک اشاره ای کوتاه به کاربردهای اساسی آن در صنایع مختلف خواهیم داشت.

هدایت الکتریکی در بخش کشاورزی

اندازه گیری پارامتر EC خاک نقش مهم و اساسی در سلامت و رشد غلات دارد. کشاورزان و صاحبان مزارع بیشتر اوقات به اندازه گیری میزان مقادیر فسفاتها، نیتراتها، پتاسیم و کلسیم در خاک می پردازند و بر روی میزان مقادیر این پارامترها حساس هستند چرا که ابن عناصر نقش مهمی در حیات گیاهان دارند. با اندازه گیری منظم هدایت الکتریکی خاک، میزان کمینه یا بیشینه مواد مغذی موجود در آن که برای رشد و نمو گیاهان لازم است نیز معین می گردد تا کمبودهای احتمالی خاک از مواد فوق تامین گردد. اندازه گیری های فوق در درازمدت به لحاظ اقتصادی به نفع کشاورزان است چون محصولی با کیفیت و سالم را به بار می آورد و همچنین موجب بهره وری بیشتر یعنی محصولی بیشتر در مقدار مشخصی از مساحت زمین خواهد شد.

هدایت الکتریکی در بهبود کیفیت آب

هدایت الکتریکی نقش مهمی در کاربردهای کیفی آبهای مختلف دارد. در تصفیه خانه های فاضلاب هدایت الکتریکی آب خروجی مورد اندازه گیری قرار میگیرد تا این اطمینان حاصل شود که شوری آب خروجی در مقایسه با آب های جاری متناسب هست یا خیر تا باعث آلودگی های محیطی نگردد. در صورت، عدم تعادل (یعنی میزان نمکهای بسیار بالا یا کم) بین میزان شوری این دو نوع آب باعث صدمات جبران ناپذیری به حیات گونه های آبزی موجود در آن محیط می شود.اندازه گیری منظم هدایت الکتریکی و دانستن میزان قابل قبول این مقادیر در آبهای جاری نقش اساسی در حفظ اکوسیستم سالم در اقیانوس ها و سایر آبهای روان دارد.

هدایت الکتریکی و آبکاری

میزان هدایت الکتریکی در حمام و یا استخر های آبکاری نیز تاثیر گذار است. استفاده از این کمیت در صنایعی مانند هوا فضا، اتومبیل سازی و جواهر سازی رایج است. اغلب وان های آبکشی فلزات رنگ شده مورد استفاده قرار میگیرند تا بقایای شیمیایی موجود در سطوح رنگ شده را تمیز نماید. در این نوع آبکشی با جریان معکوس آب تولیدی به عنوان پس آب (Waste Water) به حداقل خواهد رسید. از سوی دیگر با اندازه گیری هدایت الکتریکی میتوان مشخص کرد که آیا به آب تمیز بیشتری جهت ورود به حمام آبکاری نیاز است یا خیر. هدایت الکتریکی استفاده مفید دیگری در صنایع دارد که تعیین میزان مواد جامد محلول و شوری از آن جمله هستند.

اندازه گیری مواد جامد محلول

اندازه گیری مواد جامد محلول یا TDS برای تعیین میزان محتوای مواد جامد درون محلول ها بکار می روند. از EC جهت اندازه گیری میزان مواد جامد محلول، استفاده می شود. پیش فرض این اندازه گیری بر این موارد است که

1- ماهیت این مواد جامد محلول بصورت یون است

2- رابطه بین این یونها و EC مشخص است

واحدهای اندازه گیری TDS میلی گرم (PPM) بر لیتر و یا گرم برلیتر(PPT) است.

بسیاری از دستگاه های هدایت سنج الکتریکی دارای این قابلیت میباشند که کاربر بتواند ضریب تبدیل بین EC و TDS را وارد نماید، هرچند بسیاری از EC متر و یا سختی سنج ها نیز بطور خودکار این مقدار را 0.50 در نظر و تنظیم نموده اند. این ضریب برای محلول های بشدت یونی در حدود 0.5 و برای محلول های ضعیف یونی مانند کودها در حدود 0.7 می باشند. البته باید توجه داشت که ضریب تبدیل فوق برای هر ماده جامد متفاوت است. با توجه به فرمول ارائه شده فوق بعنوان مثال میتوان در نظر گرفت که چگونه میتوان مقادیر اندازه گیری شده EC را به TDS تبدیل کرد:

EC₂₅ * ضریب تبدیل = TDS

بعنوان نمونه اگر ضریب فاکتور را همان 0.5 در نظر بگیریم ، هدایت الکتریکی 100 میکرو زیمنس/سانتی متر باشد ، میزان TDS معادل 59 PPM است.

TDS	Ms/cm	s /cmμ	MΩ/cm	نمونه در دمای 25 درجه سانتی گراد
		0.055	18.16	آب بسیار خالص
0.5		1.0	1.0	آب نیروگاهی
250 -440	0.5-0.8	500-800		آب آشامیدنی
9.24g/l	53.0	53000		آب اقیانوس
42.5g/l	85.0	85000		یک مول NACL
	223	223000		5% NAOH
	150	150000		50%NAOH
	332	332000		HCL یک مول
	700	700000		10% HCL
	700	700000		32%HCL
	865	865000		31%HNO3

تعیین میزان شوری

از هدایت الکتریکی برای تعیین میزان شوری آب دریاها ( شوری سنج ) نیز استفاده می شود.جهت اندازه گیری شوری آب دریا یکاهای مختلفی وجود دارد که هر دستگاه اندازه گیری میزان EC و یا کنداکتیویتی میتواند از یکی از انها استفاده نماید. سه یکایی که اغلب جهت این اندازه گیری مورد استفاده قرار میگیرد عبارتند از :

1- PSU = PARTICAL SALINITY SCALE

مربوط به معیار ایجاد شده توسط یونسکو است که بین 0.00 تا 42.00PSU میباشد

2- معیار درصدی است که بین 0 تا 400.0 درصد است درشرایطی که مقیاس 100 درصد مربوط به آب دریا میباشد

و سومین معیار هم در سال 1966 توسط یونسکو ایجاد و بین 0 تا 80.00 ppt است.

اغلب دستگاههای سنجش هدایت الکتریکی دارای الگوریتم هایی هستند که قابلیت تبدیل بین یکاهای ذکر شده را دارا میباشند.

تاثیر دما بر EC

دما به دلیل تاثیر بر یونها از طریق فعالیتهای و یا جنبش یونی آنها بر EC تاثیر دارد. دما بر مقاومت محلول تاثیر معکوس دارد چرا که با افزایش جنبش یونی هدایت الکتریکی بیشتر و مقاومت کمتر خواهد شد. به همین منظور برای دستگاهها EC متر و یا کنداکتیویتی متر سنسورهایی تعبیه شده است که دما را اندازه گیری نمایند. این سنسورها با اندازه گیری دما به جبران دمایی و یا اصلاح مقدار اندازه گیری شده EC با توجه به میزان دما میپردازند. دستگاه های مدرن با برخورداری از دامنه وسیعی از دما این جبران دمایی را بطور محسوس انجام می‌دهند.