ZÁMĚR ÚLOHY

Žáci mohou na vlastní oči pozorovat rozdíl ve vodivosti destilované vody, vody z vodovodu a minerální vody. Zkoumání změny vodivosti po osolení pomůže žákům udělat si představu, jak malé množství minerálů je ve skutečnosti v minerální vodě rozpuštěno a jak moc i jediné zrníčko coli dokáže ovlivnit vodivost – jinými slovy jak i malé „znečištění“ lze pomocí citlivých přístrojů snadno zaznamenat.

POMŮCKY

• senzor vodivosti CON-BTA 
• destilovaná voda
• voda zvodovodu (žáci též mohou přinést vodu ze svých domovů – každá studna či vodárna má jinou kvalitu vody)
• minerální voda (například Magnesia)
• sůl
• cukr
• nádobky na vodu
• hadr
• lžička

TEORETICKÝ ÚVOD

V kapalinách zprostředkovávají elektrický proud ionty. Kapalina je tím vodivější, čím více iontů obsahuje.

Mírou schopnosti kapaliny vést elektrický proud je měrná elektrická vodivost, což je převrácená hodnota elektrického odporu. Jednotky vodivosti je siemens (S). Kvůli malým reálným hodnotám vodivosti se často užívají mS či µS.

Vztah mezi měrnou elektrickou vodivostí kapaliny C a elektrickou vodivostí G mezi dvěma elektrodami ponořenými do dané kapaliny lze zapsat rovnicí , kde A je plocha elektrod a l vzdálenost mezi elektrodami.

Jednotkou měrné elektrické vodivosti je tedy S/m, často se ovšem používá µS/cm.

ÚKOLY

1. Přepněte senzor na rozsah 0 až 2000 µS/cm.


2. Změřte měrnou elektrickou vodivost destilované vody.


3. Změřte měrnou elektrickou vodivost obyčejné vody z vodovodu. Můžete použít různé zdroje vody (ve škole, doma).


4. Změřte měrnou elektrickou vodivost minerální vody (můžete použít různé druhy).


5. Přidejte do destilované vody několik zrníček soli a změřte vodivost.


6. Přidejte do destilované vody lžičku soli, zamíchejte a změřte vodivost.

POZNÁMKY PRO UČITELE

Rozsahy senzoru vodivosti

Senzor vodivosti CON-BTA má tři rozsahy. Nepoužívejte zbytečně velký rozsah, když to není potřeba - snižujete tím přesnost a citlivost měření.

Typické hodnoty

• Destilovaná voda má obvykle 0 až 20 µS/cm (závisí na čistotě).
• Voda z vodovodu mívá stovky µS/cm. velmi výrazně se liší vody z různých zdrojů. Proto je zajímavé, když kromě vody ze školního vodovodu přinesou žáci i vodu ze svých domovů.
• Minerální voda Magnesia má přes 1000 µS/cm.

Již jedno zrnko soli významně ovlivní vodivost. Špetka soli zvýší vodivost na úroveň obyčejné vody z vodovodu. Snadno se můžeme solením dostat na hodnoty mnoha tisíců µS/cm.

Stolní vs. minerální voda

Pozor na rozdíl mezi minerální vodou a stolní vodou. Stolní voda je spíše podobná obyčejné vodě z vodovodu. Pro tento experiment chceme ovšem použít skutečnou minerálku s vysokým obsahem iontů.

Dodržování čistoty

Pokud žáci neudržují mezi jednotlivými měřeními elektrody čisté, může se stát, že si vodu kontaminují. Pozorovat to snadno mohou zejména u destilované vody, která má měrnou elektrickou vodivost obvykle (podle čistoty) 0 až 20 µS/cm.

Stačí například ponořit čidlo do minerální vody a následně ihned do destilované vody. Na čidle ulpělo několik kapek minerální vody, které kontaminují destilovanou vodu natolik, že zvýší její měrnou elektrickou vodivost o jednotky až několik desítek µS/cm.

Pro podobný efekt stačí jediné zrníčko soli. Můžete toto žákům schválně ukázat, aby věděli, jak moc je čistota u tohoto druhu experimentů důležitá.

Ocukrovaná voda

Nechte žáky, aby si tipnuli, jak se změní měrná elektrická vodivost obyčejné vody, když ji ocukrujeme několika lžičkami cukru. Obvykle žáci odpovídají, že se nezmění (cukr nepřidá do vody žádné ionty). Ve skutečnosti ovšem vodivost klesne.

Využití grafů

Pro názornější demonstraci změny vodivosti po osolení/ocukrování se osvědčilo používat grafy. V příkladu na obrázku jsme nastavili frekvenci měření na 1 Hz a nejprve nechali několik sekund čidlo v obyčejné vodě, následně jsme rozpustili ve vodě několik lžiček cukru.

V grafu lze pozorovat skokové změny vodivosti (nahoru a dolů) během míchání.

Porovnáním ustálených hodnot na začátku a na konci můžeme snadno vyčíst výrazný pokles vodivosti po ocukrování. V příkladu na obrázku níže je počáteční vodivost vody z vodovodu 664 µS/cm, po ocukrování 371 µS/cm.

Materiál vznikl v rámci projektu Gymnázia Cheb s názvem Příprava na Turnaj mladých fyziků.

Dostupné ze Školského portálu Karlovarského kraje www.kvkskoly.cz.

Autorský tým: Pavel Böhm, Hana Böhmová, Filip Danko, Lucie Filipenská, Petr Kácovský, Věra Koudelková, Daniel Novopacký, Ilona Šimánková, Martin Vlach. Děkujeme i všem ostatním lidem, kteří přispěli k tvorbě materiálů.

Pro případ dalších námětů, komentářů, nalezených chyb a podobně využijte e-mailovou adresu pavel.bohm@mff.cuni.cz