Sähköiset ominaisuudet
Materiaalin sähköiselle luonteelle on ominaista sen johtavuus (tai päinvastoin, resistiivisyys) ja sen dielektrisyysvakio sekä kertoimet, jotka osoittavat näiden muutosnopeudet lämpötilan, mittauksen taajuuden ja niin edelleen kanssa. Kiveillä, joilla on erilaisia kemiallisia koostumuksia sekä huokoisuuden ja nestepitoisuuden vaihtelevia fysikaalisia ominaisuuksia, sähköominaisuuksien arvot voivat vaihdella suuresti.
Resistanssi (R) määritellään yhdeksi ohmiksi, kun potentiaalierot (jännite; V) yhden voltin suuruisella näytteellä tuottavat yhden ampeerin virran (i); eli V = Ri. Sähköinen resistiivisyys (ρ) on materiaalin luontainen ominaisuus. Toisin sanoen, se on luontainen eikä ole riippuvainen näytteen koosta tai nykyisestä polusta. Se liittyy resistanssiin R = ρL / A, missä L on näytteen pituus, A on näytteen poikkileikkauspinta-ala ja ρ-yksiköt ovat ohmsentimetriä; 1 ohm-senttimetri on 0,01 ohm-metri. Johtokyky (σ) on yhtä suuri kuin 1 / ρ ohm -1 · senttimetri -1 (tai nimeltään mhos / cm). SI-yksikköinä se ilmoitetaan mhos / metri tai siemens / metri.
Joitakin kivien ja muiden materiaalien sähkövastuksen edustavia arvoja on lueteltu taulukossa. Materiaaleja, joita yleisesti pidetään ”hyvä” johtimet on resistiivisyys 10 -5 -10 ohm-cm (10 -7 -10 -1 ohm-mittari) ja johtavuus 10-10 7 mho / metri. Keskijohtimiksi luokiteltujen resistiivisyys on 100–10 9 ohm-senttimetriä (1–10 7 ohm-metri) ja johtavuus 10–7 –1 mhos / metri. ”Huono” johtimet, tunnetaan myös nimellä eristeet, on resistiivisyys 10 10 -10 17 ohmisenttimetristä (10 8 -10 15 ohmia-mittari) ja johtavuus on 10 -15 -10 -8. Merivesi on paljon parempi johdin (ts. Sen resistiivisyys on alhaisempi) kuin makean veden, koska sen liuenneiden suolojen pitoisuus on suurempi; kuiva kivi on hyvin resistiivinen. Maanalaisessa pinnassa huokoset tyypillisesti täyttyvät jossain määrin nesteillä. Materiaalien resistiivisyydellä on laaja alue - esimerkiksi kupari eroaa kvartsista 22 suuruusluokkaa.
Tyypilliset vastukset
| materiaali | resistiivisyys (ohm-senttimetri) | |
|---|---|---|
| merivesi (18 ° C) | 21 | |
| saastumaton pintavesi | 2 (10 4) | |
| tislattu vesi | 0,2–1 (10 6) | |
| vesi (4 ° C) | 9 (10 6) | |
| jää | 3 (10 8) | |
| kiviä in situ | ||
| kerrostunut | savi, pehmeä liuske | 100–5 (10 3) |
| kova liuske | 7–50 (10 3) | |
| hiekka | 5–40 (10 3) | |
| hiekkakivi | (10 4) - (10 5) | |
| jäätikkö moreeni | 1–500 (10 3) | |
| huokoinen kalkkikivi | 1–30 (10 4) | |
| tiheä kalkkikivi | > (10 6) | |
| vuorisuola | (10 8) - (10 9) | |
| vulkaaninen | 5 (10 4) - (10 8) | |
| metamorphic | 5 (10 4) –5 (10 9) | |
| kivet laboratoriossa | ||
| kuiva graniitti | 10 12 | |
| mineraalit | ||
| kupari (18 ° C) | 1,7 (10–6) | |
| grafiitti | 5–500 (10–4) | |
| magneettikiisu | 0,1-0,6 | |
| magnetiittikiteet | 0,6-0,8 | |
| pyrite malmi | 1– (10 5) | |
| magnetiittimalmi | (10 2) –5 (10 5) | |
| kromiittimalmi | > 10 6 | |
| kvartsi (18 ° C) | (10 14) - (10 16) | |
Korkeataajuuksisilla vaihtuvilla virroilla kallion sähköistä vastetta säätelee osittain dielektrisyysvakio ε. Tämä on kallion kyky varastoida sähkövarausta; se on polarisoitavuuden mitta sähkökentässä. Cgs-yksiköissä dielektrisyysvakio on 1,0 tyhjiössä. SI-yksiköissä se ilmoitetaan fareina metriä kohti tai suhteessa materiaalin ominaiskapasiteettiin suhteessa alipaineen ominaiskapasiteettiin (joka on 8,85 × 10 -12 faaria metriä kohti). Dielektrinen vakio on lämpötilan ja taajuuden funktio sellaisille taajuuksille, jotka ovat selvästi yli 100 hertsiä (sykliä sekunnissa).
Sähkönjohtavuus tapahtuu kallioissa (1) nesteen johtavuudella, ts. Elektrolyyttisellä johtavuudella ioninsiirtolla rakeisessa huokosvedessä, ja (2) metalli- ja puolijohde (esim. Joidenkin sulfidimalmien) elektronijohtamisella. Jos kivillä on huokoisuutta ja se sisältää nestettä, neste hallitsee tyypillisesti johtavuusvastetta. Kallionjohtavuus riippuu nesteen (ja sen kemiallisen koostumuksen) johtavuudesta, nesteen kyllästymisasteesta, huokoisuudesta ja läpäisevyydestä ja lämpötilasta. Jos kivet menettävät vettä, kuten sakeisten sedimenttikivien tiivistyessä syvyyteen, niiden resistiivisyys kasvaa tyypillisesti.
Magneettiset ominaisuudet
Kivien magneettiset ominaisuudet johtuvat mineraalien jyvien ja kiteiden magneettisista ominaisuuksista. Tyypillisesti vain pieni osa kivestä koostuu magneettimineraaleista. Juuri tämä pieni jyväosa määrittelee kivin magneettiset ominaisuudet ja magnetoinnin kokonaisuutena, ja sillä on kaksi tulosta: (1) tietyn kallion magneettiset ominaisuudet voivat vaihdella suuresti tietyssä kallion rungossa tai rakenteessa kemiallisista epähomogeenisuuksista riippuen., kerrostumis- tai kiteytymisolosuhteet ja mikä tapahtuu kiville muodostumisen jälkeen; ja (2) kivillä, joilla on sama litologia (tyyppi ja nimi), ei tarvitse välttämättä olla samoja magneettisiä ominaisuuksia. Litologiset luokitukset perustuvat yleensä dominoivien silikaattimineraalien runsauteen, mutta magnetoituminen määräytyy sellaisten magneettisten mineraalijyvien, kuten rautaoksidien, pienen osan mukaan. Tärkeimmät kiviaineksia muodostavat magneettiset mineraalit ovat rautaoksidit ja sulfidit.
Vaikka saman luokituksen omaavien kivien magneettiset ominaisuudet voivat vaihdella kivistä toiseen, yleiset magneettiset ominaisuudet riippuvat kuitenkin yleensä kiviaineksen tyypistä ja kokonaiskoostumuksesta. Tietyn kallion magneettiset ominaisuudet voidaan ymmärtää melko hyvin, mikäli niillä on tarkkaa tietoa kiteisten materiaalien ja mineraalien magneettisista ominaisuuksista sekä siitä, kuinka sellaiset tekijät kuten lämpötila, paine, kemiallinen koostumus ja koko vaikuttavat niihin ominaisuuksiin jyvistä. Ymmärtämystä lisää entisestään tieto siitä, kuinka tyypillisten kivien ominaisuudet ovat riippuvaisia geologisesta ympäristöstä ja kuinka ne vaihtelevat olosuhteiden mukaan.
