PiosOne
grower primitiv
Registrován: Jan 2001
Příspěvků: 1485
|
Elektrická vodivost vody je velice důležitý parametr vody, který v akvaristice mnoho napoví. Jeho pomocí lze zpřesnit údaje o vodě používané k chovu i k odchovu rybek a k pěstování akvarijních rostlin. Přístroj pro měření elektrické vodivosti vody dovoluje i rychlé orientační zjištění kvality vody z přírodních zdrojů.
Věnovali jsme již pozornost hodnotě pH a tvrdosti vody. Je však zapotřebí dodat, že tvrdost vody určují zejména soli vápníku a hořčíku, ale přítomnost ostatních solí ve vodě rozpuštěných (které se nepodílejí na parametru tvrdosti) nám při základním měření tvrdosti vody uniká. A přesto tyto ostatní soli, zvláště jsou-li ve vodě rozpuštěny ve větším množství, mají velice důležitou roli. Jednak uplatňují svoji chemickou individualitu a dále jsou součástí celkového obsahu solí, kterému přísluší určitý tzv. „osmotický tlak".
Účinek osmotického tlaku lze vysvětlit takto:
Jestliže se zárodek budoucí rybky nachází ve vodě chudé na soli (v tzv. hypotonickém roztoku), má snahu „sát" vodu ze svého okolí do svého těla, které je relativně „slanější". Zárodek neúměrně zvětšuje svůj objem, jeho životní funkce jsou narušeny a nakonec hyne. Obráceně, nachází-li se rybí zárodek ve vodě s vysokým obsahem soli (v tzv. hypertonickém roztoku), je svým okolím „odvodňován", nežádoucím způsobem zmenšuje svůj objem a rovněž hyne.
Čím vyšší je koncentrace solí ve vodě rozpuštěných, tím vyšší je osmotický tlak. Kromě již popsaných účinků jsou jikerní blány namáhány přetlakem a jikry se nemohou zdravě vyvíjet.
Odolnost zárodků a mladých jedinců vůči osmotickému tlaku je nižší než odolnost dospělých rybek. Vyrovnávání osmotických tlaků (pomocí žáber, ledvin, ale i povrchu těla) je u různých druhů ryb samozřejmě odlišné.
Na problematiku účinků vysokého osmotického tlaku, jakož i na vliv obsahu solí, které nezpůsobují tvrdost vody, se začalo poukazovat právě v souvislosti se zaváděním iontoměničů do akvaristické praxe. Nápadný je tento jev zejména tehdy, změkčujeme-li vodu v jednoduché koloně v Na cyklu, kdy jsou soli vápníku a hořčíku nahrazeny ekvivalentním množstvím sodných solí. Takto změkčená voda může mít např. vyhovující hodnoty uhličitanové i celkové tvrdosti, ale zůstal v ní zachován vysoký obsah solí a tím vysoký osmotický tlak, což může být i příčinou naprostého chovatelského neúspěchu. O této záležitosti jsme se již zmínili v kapitole o iontoměničích a při této příležitosti se k celé problematice vracíme proto, abychom si uvědomili, že měření uhličitanové a celkové tvrdosti je vhodné doplnit i sledováním obsahu solí rozpuštěných ve vodě, k čemuž právě slouží měření tzv. měrné (specifické) elektrické vodivosti vody.
Elektrická vodivost vody je dána obsahem všech elektricky vodivých sloučenin obsažených ve vodě (kyselin, zásaditých látek a jejich solí). Elektrická vodivost vody je tím vyšší, čím vyšší je obsah těchto solí rozpuštěných ve vodě.
Z elektrotechnického hlediska je vodivost (G) převratnou hodnotou elektrického odporu (R).
Platí tedy:
G=1/R
Jestliže je základní jednotkou elektrického odporu 1 Ω (ohm), definujeme jednotku vodivosti jako 1 S (Siemens):
1 S=1/(1 Ω)
Jednotka 1 S je pro akvaristiku příliš vysoká, a proto budeme pracovat s jednotkami mnohem menšími, jejichž výchozí jednotkou je i µS (jeden mikrosiemens = 0,000001 S = 10^-6 S).
Pro názornost:
Chemicky naprosto čistá voda (s nulovým obsahem soli) by měla teoreticky vykazovat nulovou elektrickou vodivost (měla by tedy být izolantem). V praxi lze dosáhnout vodivosti kolem 1,0 µS, což je ale pro akvaristiku bezvýznamné.
Některé druhy ryb vyžadují vodu s velice nízkým stupněm elektrické vodivosti. Například potoky v povodí Rio Negra (domov červené neonky) mají vodivost pod 10 µS. Jiné druhy ryb naopak vyžadují vodu s vyšším stupněm elektrické vodivosti, a to od několika desítek až set µS, až po tisíce µS. Moderní akvaristická literatura by měla pro orientaci uvádět i hodnoty elektrické vodivosti vody jednotlivých lokalit.
Elektrická vodivost závisí do značné míry i na druhu rozpuštěných solí. Prakticky to znamená, že při stejné hodnotě elektrické vodivosti dvou měřených vzorků vody může být jejich obsah solí různý. Pod běžným termínem „stejný obsah solí" rozumíme množství solí chemicky ekvivalentní, nikoli stejné množství hmotnostní. Z těchto důvodů může hodnotě 1 °N celkové tvrdosti odpovídat vodivost v rozmezí 30 až 40 µS (i když jsme v předchozím textu uváděli, že 1 °N karbonátové tvrdosti odpovídá vodivost asi 32 µS).
Pro správnost měření elektrické vodivosti je rovněž nutné si uvědomit, že daný obsah solí rozpuštěných ve vodě vykazuje různou hodnotu vodivosti vody při různých teplotách roztoku. Vodivost vody se má tedy udávat při srovnávací teplotě (20 °C). Hodnoty zjištěné při jiné teplotě lze přepočítat na vztažnou teplotu 20 ° C pomocí tab. 20 (násobíme je korekčním koeficientem Kt).
Uvážíme-li výše uvedené skutečnosti, které mohou zkreslit výsledek měření, a uvážíme-li různý přístup k amatérské stavbě přístrojů pro měření elektrické vodivosti vody, nemůžeme se divit, že se mnohdy dva akvaristé „nedomluví".
Dostupné přístroje pro měření měrné elektrické vodivosti pracují s tzv. můstkovým zapojením. Součástí tohoto můstku je i „obvod" tvořený odporovým sloupcem zkoumané vody (mezi dvěma elektrodami). Zde bývá největší kámen úrazu, protože měrné nádobky si zhotovuje každý jinak. Lze sice počítat s individuálním ocejchováním zařízení, ale z hlediska konstrukce přístroje bychom měli dodržet určitá pravidla.
Výsledek měření vodivosti kapalin závisí kromě jiného i na tvaru a velikosti měrné nádobky, na tvaru, druhu a velikosti elektrod a na jejich vzdálenosti. Proto je zavedeno měření měrné vodivosti kapalin, které vychází z vodivosti krychle s hranou 1 cm, jíž protéká proud v rovnoměrném plošném rozložení, a to ve směru jedné hrany.
Vlastní způsob měření měrné vodivosti akvarijní vody nám přibližuje příklad amatérské soupravy na obr. 88.
Princip měření vyplývá z obr. 88a. Odporový můstek sestává z odporů R1, R2, R3, a R4 a jak poznáme dále, dva z těchto odporů jsou konstantní (např. R2, R3), jeden je tvořen odporem vrstvy (sloupce) měřeného vzorku vody (např. R1) a poslední (např. R4) je přestavitelný a slouží k vyvážení můstku (tvoří „protiváhu" odporu R1). Můstek je do jedné „úhlopříčky" napájen napětím U a v druhé jeho diagonále je umístěn indikační přístroj M (např. mikroampérmetr). Můstek je vyvážen tehdy, když měřicím přístrojem protéká minimální (teoreticky nulový) proud IM.
Pro můstek platí:
I= I1 + I2
U= U1 + U2 + U3 + U4
Je-li IM= 0 (napětí na svorkách měřícího přístroje je nulové), můžeme pro úbytky napěti na jednotlivých odporech zapsat:
U1/U2 =U3/U4
takže
R1/R2 =R3/R4
Stupnici vyvažovacího potenciometru (v tomto případě R4) je možné ocejchovat v jednotkách měrné vodivosti.
Vkládat do výstupní diagonály mikroampérmetr bez jakékoli ochrany jeho přetížení (např. přepínatelnými bočníky, které přístroj znecitlivují) je nebezpečné, protože bychom mohli přistroj zničit. Proto je výhodnější místo citlivého proudového měřidla umístit do výstupní diagonály můstku vysokoohmové sluchátko (obr. 88b).
Je-li můstek rozvážen, je na sluchátku dostatečně velké napětí a sluchátko vydává dobře slyšitelný tón. Jakmile můstek vyvažujeme (potenciometrem R4), tón ve sluchátku slábne. Můstek je zcela vyvážen, když se sluchátko odmlčí.
Protože lidské ucho dobře a nenásilně registruje kmitočet asi 800 až 1000 Hz, patří celá levá polovina zapojení podle obr. 88b oscilátoru, který tento kmitočet „vyrábí". Oscilátor je napájen stejnosměrně (9 Volt - např. dvě ploché baterie v sérii - spotřeba proudu je minimální) a k přenosu kmitočtu o frekvenci 1 kHz do odporového můstku slouží transformátor Tr. Není to běžný síťový transformátor, ale k našemu účelu postačí miniaturní transformátor pro přenos vyšších kmitočtů např. z rozhlasových přijímačů. Údaje v legendě obr. 88b jsou příkladné - pro jiný typ transformátoru přeladíme tranzistorový oscilátor např. změnami hodnot kondenzátorů C1 a C2. Velikost aplikovaného kmitočtu f = 1 kHz je orientační a není nutné ji přesně dodržet. Stejnosměrné napájecí napětí je možné též získat ze síťového transformátoru, usměrňovače, filtru a stabilizátoru.
Měřicí můstek je nutné napájet střídavým napětím, protože stejnosměrný proud způsobuje rozklad kapalin (vykazuje v této souvislosti účinky elektrolýzy) a u měřeného vzorku dochází ke změnám koncentrace rozpuštěných látek a tím i ke změnám měrné vodivosti. Pokud akvaristé neberou tuto skutečnost v úvahu, naměří zkreslené hodnoty.
U profesionálních souprav se měřený vzorek vody vlévá v definovaném množství do skleněné nádobky, která má dvojité stěny (mezivrstva slouží k temperování měřené kapaliny). Dvě měrné elektrody bývají pokryty platinovou černí pro zmenšení polarizace elektrod. Protože měrné nádobky vyráběné různými výrobci mají individuální tvar, velikost a uspořádání elektrod, má každé individuální provedení nádobky svoji vlastní přepočítávací konstantu (říká se jí též odporová kapacita). Přepočítávací konstantou se násobí údaj odečtený při vyvážení můstku na stupnici potenciometru (v našem případě u potenciometru R4).
Na obr. 88c je znázorněna jednoduchá měrná nádobka zhotovená z plexisklového pouzdra o objemu 0,2 l. Asi 30 mm nad dnem nádobky jsou proti sobě vyvrtány dva otvory (ø 6 mm). Do nich jsou vlepeny uhlíkové elektrody získané z ploché baterie. Uhlíky se před zalepením do otvorů v souladu s obrázkem zbrousí tak, aby zbyly od jejich čepiček kousky dlouhé asi 3 mm. Uhlíky se zalepí yodostálým, inertním lepidlem a na čepičky umístěné vně nádobky se cínem naletují měděné kablíky, připojené v dalším ke svorkám A a B měřícího můstku.
Před každým měřením nádobku vypláchneme čistou vodou. Plníme ji vzorkem měřené vody vždy téhož množství (např. 0,1 l) a stejné teploty (nejlépe 20 °C). Má-li vzorek teplotu vyšší nebo nižší než 20 °C, zkorigujeme výsledek měření podle tab. 20.
Hotový přístroj před prvním měřením je nutné ocejchovat. K potenciometru R4 si nalepíme kolečko papíru (osa potenciometru prochází jeho středem) a tuší na něj označíme rysky s číselnými údaji (např. 0 až 500 µS - správněji µS.cm^-1 - viz dále). Stupnici potenciometru R4 ocejchujeme buď v laboratoři porovnáním s profesionálním přístrojem, nebo za pomoci přesné odporové dekády, kterou připojíme namísto měrné nádobky ke svorkám A a B měřicího můstku.
Příklad cejchovní hodnoty:
Potřebujeme-li na stupnici označit údaj měrné vodivosti o velikosti 250 µS.cm^-1, vypočteme si nejprve odpovídající hodnotu odporu:
R=1/G=1/(250 * 10^-6)=4000 Ω
Na odporové dekádě nastavíme 4 kΩ, vyvážíme můstek (sluchátko se odmlčí) a u současné polohy šipky potenciometru R4 zapíšeme údaj 250.
Ostatní body stupnice potenciometru ocejchujeme podobně (hodnoty jsou v µS.cm^-1).
V laboratoři si necháme připravit roztok, jehož měrná vodivost je udána v tabulkách. „Známou kapalinu" o definovaném množství (pozor též na teplotu) „změříme" v naší měrné nádobce a naším přístrojem. Normálovou (tabulkovou) hodnotu měrné elektrické vodivosti (udanou v µS.cm^-1) dělíme údajem, který ukázal náš přístroj, a tím obdržíme přepočítávací konstantu. Při každém provozním měření měrné elektrické vodivosti vzorku akvarijní vody musíme touto konstantou násobit údaj, který odečteme po vyvážení můstku na stupnici potenciometru R4.
Poznámka: V předchozím textu, ale i v akvaristické literatuře je používán termín „elektrická vodivost vody" s vyjádřením rozměru v µS. Je to vžitá praxe, jednotka Siemens, popř. µS je pro pojem elektrická vodivost jakožto převrácená hodnota elektrického odporu jistě správná. Při vzájemném porovnání parametrů vzorků vody bychom ale měli správně hovořit o „měrné elektrické vodivosti vody" s vyjádřením rozměru např. v µS.cm^-1.
Je to logické, protože hodnotíme-li nějakou látku z hlediska jejího elektrického odporu, můžeme sice hovořit o jeho absolutní velikosti (která je dána kromě jiného i rozměry kusu tohoto materiálu), ale také můžeme definovat měrný odpor ρ (ró) této látky, který je její typickou vlastností. Měrný odpor se udává jako odpor vzorku materiálu dlouhého 1 m a průřezu 1 mm^2 (rozměr je v tomto případě Ωmm^2/m=µΩm).
V této souvislosti podotýkáme, že ve fyzikálních tabulkách je měrný odpor tzv. čisté vody při teplotě 18 ° C udáván ρH2O = 2,27 * 10^5 Ωm, což je 2,27 * 10^11 µΩm.
Je-li měrná vodivost γ = 1/ρ , lze uvedený rozměr měrného odporu vyjádřit pro měrnou vodivost jako:
m/Ωmm^2=1/µΩm=µS/m
Ve vztahu k dohodě o zavedení měření měrné vodivosti kapalin, které vychází z vodivosti vzorku ve tvaru krychle s hranou 1 cm, hovoříme pak o rozměru µS.cm^-1, a to včetně příslušného přepočtu hodnot.
 |
♦ Hulení v práci ♦ Povolání kuřáků marihuany ♦ Hulení a žravka ♦ Výměna semínek ♦ Axiální ventilátory ♦ Advanced Hydroponics Aqua System ♦ Postavte si EC metr ♦ Postavte si pH metr ♦ Piosova kalkulačka spotřeby ♦ Piosův outdoor 2004 ♦
"Mé ego prcá superego do zadku"
Naposledy upravil PiosOne 25-09-2003 v 08:24 AM
|
25-09-2003 v 07:37 AM
