Ηλεκτρικές ιδιότητες
Η ηλεκτρική φύση ενός υλικού χαρακτηρίζεται από την αγωγιμότητά του (ή, αντίστροφα, την αντίσταση του) και τη διηλεκτρική σταθερά του, και τους συντελεστές που υποδεικνύουν τους ρυθμούς αλλαγής αυτών με τη θερμοκρασία, τη συχνότητα στην οποία γίνεται η μέτρηση και ούτω καθεξής. Για πετρώματα με εύρος χημικής σύνθεσης καθώς και μεταβλητές φυσικές ιδιότητες πορώδους και περιεκτικότητας σε ρευστά, οι τιμές των ηλεκτρικών ιδιοτήτων μπορεί να ποικίλουν ευρέως.
Η αντίσταση (R) ορίζεται ως ένα ohm όταν μια διαφορά δυναμικού (τάση; V) σε ένα δείγμα μεγέθους ενός βολτ παράγει ένα ρεύμα (i) ενός αμπέρ. δηλαδή, V = Ri. Η ηλεκτρική αντίσταση (ρ) είναι εγγενής ιδιότητα του υλικού. Με άλλα λόγια, είναι εγγενές και δεν εξαρτάται από το μέγεθος του δείγματος ή την τρέχουσα διαδρομή. Σχετίζεται με την αντίσταση με R = ρL / A όπου το L είναι το μήκος του δείγματος, το Α είναι η περιοχή διατομής του δείγματος και οι μονάδες του ρ είναι ωμ-εκατοστό. 1 ohm-centimeter ισούται με 0,01 ohm-meter. Η αγωγιμότητα (σ) ισούται με 1 / ρ ohm -1 · εκατοστόμετρο -1 (ή ονομάζεται mhos / cm). Σε μονάδες SI, δίνεται σε mhos / meter ή siemens / meter.
Ορισμένες αντιπροσωπευτικές τιμές ηλεκτρικής αντίστασης για πετρώματα και άλλα υλικά παρατίθενται στον Πίνακα. Τα υλικά που θεωρούνται γενικά ως «καλοί» αγωγοί έχουν αντίσταση 10 -5 –10 ohm-centimeter (10 -7 –10 -1 ohm-meter) και αγωγιμότητα 10–10 7 mhos / meter. Εκείνοι που ταξινομούνται ως ενδιάμεσοι αγωγοί έχουν αντίσταση 100-10 9 ohm-centimeter (1-10 7 ohm-meter) και αγωγιμότητα 10 -7 –1 mhos / meter. Οι «φτωχοί» αγωγοί, επίσης γνωστοί ως μονωτές, έχουν αντίσταση 10 10 –10 17 ohm-centimeter (10 8 –10 15 ohm-meter) και αγωγιμότητα 10 -15 –10 -8. Το θαλασσινό νερό είναι ένας πολύ καλύτερος αγωγός (δηλαδή, έχει χαμηλότερη αντίσταση) από το γλυκό νερό λόγω της υψηλότερης περιεκτικότητάς του σε διαλυμένα άλατα. ο ξηρός βράχος είναι πολύ ανθεκτικός. Στην υποεπιφάνεια, οι πόροι συνήθως γεμίζονται σε κάποιο βαθμό με υγρά. Η αντίσταση των υλικών έχει ένα ευρύ φάσμα - ο χαλκός είναι, για παράδειγμα, διαφορετικός από τον χαλαζία κατά 22 τάξεις μεγέθους.
Τυπικές αντιστάσεις
| υλικό | αντίσταση (ωμ-εκατοστόμετρο) | |
|---|---|---|
| θαλασσινο νερο (18 ° C) | 21 | |
| μη μολυσμένα επιφανειακά νερά | 2 (10 4) | |
| απεσταγμένο νερό | 0,2–1 (10 6) | |
| νερό (4 ° C) | 9 (10 6) | |
| πάγος | 3 (10 8) | |
| πέτρες in situ | ||
| ιζηματογενής | πηλό, μαλακό σχιστόλιθο | 100–5 (10 3) |
| σκληρό σχιστόλιθο | 7–50 (10 3) | |
| άμμος | 5–40 (10 3) | |
| αμμόπετρα | (10 4) - (10 5) | |
| παγετώδης μοραΐνη | 1–500 (10 3) | |
| πορώδης ασβεστόλιθος | 1–30 (10 4) | |
| πυκνός ασβεστόλιθος | > (10 6) | |
| ορυκτό αλάτι | (10 8) - (10 9) | |
| πύρινος | 5 (10 4) - (10 8) | |
| μεταμορφωτικός | 5 (10 4) –5 (10 9) | |
| πετρώματα στο εργαστήριο | ||
| ξηρός γρανίτης | 10 12 | |
| μεταλλικά στοιχεία | ||
| χαλκός (18 ° C) | 1,7 (10 −6) | |
| γραφίτης | 5–500 (10 −4) | |
| πυροκροτίτης | 0.1–0.6 | |
| κρύσταλλοι μαγνητίτη | 0.6–0.8 | |
| μεταλλεύματα πυρίτη | 1– (10 5) | |
| μετάλλευμα μαγνητίτη | (10 2) –5 (10 5) | |
| μετάλλευμα χρωμίτη | > 10 6 | |
| χαλαζίας (18 ° C) | (10 14) - (10 16) | |
Για εναλλασσόμενα ρεύματα υψηλής συχνότητας, η ηλεκτρική απόκριση ενός βράχου διέπεται εν μέρει από τη διηλεκτρική σταθερά, ε. Αυτή είναι η ικανότητα του βράχου να αποθηκεύει ηλεκτρικό φορτίο. είναι ένα μέτρο πόλωσης σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. Σε μονάδες cgs, η διηλεκτρική σταθερά είναι 1,0 σε κενό. Σε μονάδες SI, δίνεται σε farads ανά μέτρο ή σε σχέση με την αναλογία της ειδικής χωρητικότητας του υλικού προς τη συγκεκριμένη χωρητικότητα κενού (που είναι 8,85 × 10 -12 farads ανά μέτρο). Η διηλεκτρική σταθερά είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας και της συχνότητας, για αυτές τις συχνότητες πολύ πάνω από 100 hertz (κύκλοι ανά δευτερόλεπτο).
Η ηλεκτρική αγωγιμότητα συμβαίνει σε πετρώματα μέσω (1) αγωγιμότητας ρευστού - δηλ. Ηλεκτρολυτικής αγωγιμότητας με ιοντική μεταφορά σε νερό με πόρους με λαμπρό πόρο - και (2) μεταλλική και ημιαγωγική (π.χ., μεταλλεύματα σουλφιδίου). Εάν ο βράχος έχει πορώδες και περιείχε ρευστό, το υγρό κυριαρχεί συνήθως στην απόκριση αγωγιμότητας. Η αγωγιμότητα του βράχου εξαρτάται από την αγωγιμότητα του υγρού (και τη χημική του σύνθεση), τον βαθμό κορεσμού του υγρού, το πορώδες και τη διαπερατότητα και τη θερμοκρασία. Εάν οι βράχοι χάνουν νερό, όπως με τη συμπύκνωση των κλασικών ιζηματογενών πετρωμάτων σε βάθος, η αντίσταση τους συνήθως αυξάνεται.
Μαγνητικές ιδιότητες
Οι μαγνητικές ιδιότητες των πετρωμάτων προκύπτουν από τις μαγνητικές ιδιότητες των συστατικών ορυκτών κόκκων και κρυστάλλων. Συνήθως, μόνο ένα μικρό κλάσμα του βράχου αποτελείται από μαγνητικά ορυκτά. Αυτό το μικρό μέρος των κόκκων καθορίζει τις μαγνητικές ιδιότητες και τη μαγνητοποίηση του βράχου στο σύνολό του, με δύο αποτελέσματα: (1) οι μαγνητικές ιδιότητες ενός δεδομένου βράχου μπορεί να ποικίλλουν ευρέως εντός ενός δεδομένου σώματος ή δομής βράχου, ανάλογα με τις χημικές ανομοιογένεια, συνθήκες εναπόθεσης ή κρυστάλλωσης και τι συμβαίνει στον βράχο μετά το σχηματισμό. και (2) οι βράχοι που έχουν την ίδια λιθολογία (τύπος και όνομα) δεν χρειάζεται απαραίτητα να έχουν τα ίδια μαγνητικά χαρακτηριστικά. Οι λιθολογικές ταξινομήσεις βασίζονται συνήθως στην αφθονία κυρίαρχων πυριτικών ορυκτών, αλλά ο μαγνητισμός καθορίζεται από το μικρό κλάσμα τέτοιων μαγνητικών ορυκτών κόκκων όπως τα οξείδια σιδήρου. Τα κύρια μαγνητικά ορυκτά που σχηματίζουν βράχους είναι οξείδια σιδήρου και σουλφίδια.
Αν και οι μαγνητικές ιδιότητες των πετρωμάτων που μοιράζονται την ίδια ταξινόμηση μπορεί να διαφέρουν από βράχο σε βράχο, οι γενικές μαγνητικές ιδιότητες εξαρτώνται ωστόσο συνήθως από τον τύπο του βράχου και τη συνολική σύνθεση. Οι μαγνητικές ιδιότητες ενός συγκεκριμένου βράχου μπορούν να γίνουν κατανοητές αρκεί να έχει συγκεκριμένες πληροφορίες σχετικά με τις μαγνητικές ιδιότητες των κρυσταλλικών υλικών και ορυκτών, καθώς και για το πώς αυτές οι ιδιότητες επηρεάζονται από παράγοντες όπως η θερμοκρασία, η πίεση, η χημική σύνθεση και το μέγεθος των κόκκων. Η κατανόηση ενισχύεται περαιτέρω από πληροφορίες σχετικά με το πώς οι ιδιότητες των τυπικών πετρωμάτων εξαρτώνται από το γεωλογικό περιβάλλον και πώς ποικίλλουν με διαφορετικές συνθήκες.
