سيمنز
وحدة مشتقة في النظام الدولي · المقدار: الموصلية الكهربائية
01 · التعريف
السيمنز الواحد هو موصلية مقطع مقاومته أوم واحد. لا فيزياء جديدة في الوحدة، فيها راحة الكتابة: الموصليات المتوازية تُجمع ببساطة، بينما المقاومات لا بدّ من حسابها عبر المقلوبات. ولهذا يُتكلَّم بالسيمنز حيث يكون كل شيء موصولًا على التوازي — في الكيمياء الكهربائية عن المحاليل، وفي علم وظائف الأعضاء عن الأغشية، وفي الإلكترونيات عن انحدار الترانزستور.
هذا بالذات ما يبرّر الوحدة. ففي التوصيل على التوازي لا بدّ من جمع المقاومات عبر مقلوباتها، أما الموصليات فتُجمع ببساطة كما تُجمع التيارات في عقدة؛ وحساب شبكة متشعّبة بالسيمنز يؤول إلى جمع. والميدان الثاني هو المحاليل. فموصلية الماء تتناسب مع كمية الأملاح المذابة، وكل معالجة المياه، من حوض السمك إلى المحطة النووية، تقيسها بالميكروسيمنز لكل سنتيمتر. وفي الماء النقي تحدّدها تفكّكه الذاتي وتقع عند خمسة من مئة من الميكروسيمنز لكل سنتيمتر — حدّ لا ينزل دونه أي تقطير.
ثلاث مقاومات كلٌّ منها ثلاثة أوم موصولة على التوازي تعطي أومًا واحدًا — لكن بلوغ ذلك عبر المقاومات يعني جمع ثلاثة كسور وقلب النتيجة. أما بالسيمنز فيُحسب الأمر نفسه ذهنيًا: ثلث زائد ثلث زائد ثلث يساوي واحدًا. وعلى هذا تقوم طريقة جهود العقد، حيث المجاهيل جهود العقد والمعاملات موصليات الفروع: فتخرج المصفوفة متناظرة وتُحلّ عدديًا دون كسر واحد. وحسابات شبكات الطاقة تُجرى بالسيمنز بالذات، ولا يُحوَّل إلى الأوم إلا الجواب الأخير.
02 · التحويل
أدخل موصلية — وستقلبها البطاقة إلى مقاومة
الصلة بالأوم مقلوبة، ولذلك يقسم الجدول الوحدة على القيمة. والمهو و«الأوم المقلوب» هما السيمنز نفسه بأسماء قديمة، حاضرة في المراجع حتى السبعينيات.
مقياس الموصلية لا يقيس موصلية المحلول بل موصلية خليته هو، ولذلك تُذكر في بطاقة المِجَسّ ثابتة الخلية: نسبة المسافة بين الأقطاب إلى مساحتها. وبضرب السيمنز المقيسة في هذه الثابتة بالسنتيمترات المقلوبة نحصل على ميكروسيمنز لكل سنتيمتر. وللماء النقي تُؤخذ خلايا بثابت صغير، ولماء البحر بثابت كبير، وإلا خرج الجهاز عن مداه.
| الوحدة | الاسم | القيمة | أين يُصادَف |
|---|---|---|---|
| S | سيمنز، وحدة النظام الدولي | 1 | وحدة الانطلاق في هذه البطاقة |
| mS | مِلّي سيمنز | 1000 | المقطع المألوف في الكيمياء الكهربائية |
| µS | ميكرو سيمنز | 1000000 | لكل سنتيمتر — كتابة العمل في المختبرات |
| nS | نانو سيمنز | 10⁹ | هنا صارت الموصلية عائقًا بدل أن تنفع |
| kS | كيلو سيمنز | 0.001 | المقاومة تهبط إلى الميكرو أوم |
| Ω | أوم، مقاومة | 1 | مقدار مقلوب، لا وحدة أخرى |
| kΩ | كيلو أوم | 0.001 | أربع خانات بعد الفاصلة — هذه ميكروسيمنز أصلًا |
| ℧ | مهو، الأوم بالمقلوب | 1 | الشيء نفسه باسم قديم |
| abS | أبسيمنز، CGS-EM | 10⁻⁹ | مليار سيمنز في وحدة واحدة |
| statS | سيمنز نظام CGS-ES | 8.988·10¹¹ | أكثر قليلًا من البيكو سيمنز |
| وحدة سيم. | وحدة سيمنز 1860 | 0.9536 | عمود زئبق طوله متر |
| 2e²/h | كمّ الموصلية | 12906 | عدد مضبوط منذ 2019 |
| S | سيمنز | 1 | وحدة الانطلاق في هذه البطاقة |
الصلة بالأوم مقلوبة، ولذلك يقسم الجدول الوحدة على القيمة: الموصليات المتوازية تُجمع، والمقاومات لا
03 · رتب المقادير
من العازل إلى فائق التوصيلسيمنز واحد: مقطع مقاومته أوم واحد
04 · أجهزة القياس
بمَ تُقاس الموصلية
يمرّر في المحلول تيارًا متناوبًا ويحسب الموصلية بقانون أوم. والتيار المستمر لا يصلح: فهو يحلّل الماء ويغطّي الأقطاب بنواتج التحليل الكهربائي، ولذلك تكون التغذية متناوبة دائمًا، عادةً عند كيلوهرتز.
يمرّ المحلول عبر حلقتين مغلقتين: الأولى تحثّ في السائل تيارًا حلقيًا، والثانية تلتقطه. والأقطاب لا تلامس الوسط البتة، ولهذا يعمل المِجَسّ في الأحماض والقلويات ومياه الصرف الملوَّثة، حيث تتلف الصفائح المعتادة في شهر.
منذ سنة 1978 لا تُحدَّد ملوحة المحيط بالتحليل الكيميائي بل بقياس الموصلية مع الحرارة والضغط. والمقياس العملي للملوحة معرَّف بنسبة موصلية العيّنة إلى موصلية محلول مرجعي من كلوريد البوتاسيوم، ولذلك هو عديم البعد.
موصلية جسر سمكه ذرّة واحدة لا تتغيّر بانسياب بل بدرجات هي مضاعفات الكم البالغ 77.48 ميكرو سيمنز. والقيمة لا تتعلق إلا بثابت بلانك وشحنة الإلكترون، أما الأثر نفسه فيُراقَب بشدّ خيط من الذهب حتى ينقطع.
05 · قواعد الكتابة
S كبيرة — وإلا صارت الثانية
هنا تحمل حالة الحرف كل الثقل: S هي السيمنز، و s هي الثانية. واسم الوحدة في الروسية لا يُجمع: «خمسة سيمنز» لا «سيمنزات»، لأنه لقب عائلة. وحتى سنة 1971 كان المقدار نفسه يسمّى «مهو» — الأوم مقروءًا بالمقلوب، بالرمز المقلوب ℧. ودام الاسم قرنًا تقريبًا، ولا يزال يظهر في الوثائق الإنجليزية عن الترانزستورات، حيث يُعطى الانحدار بالمِلّي مهو. وتُكتب موصلية المحلول بـ S/m، لكن العمل المخبري متمسّك بـ µS/cm: فهي أصغر بمئة مرة والأرقام تخرج أيسر.
الرمز الروسي См بحرف С كبير. وحتى سنة 1971 كانت الوحدة تسمّى «مهو» — الأوم مقروءًا بالمقلوب — وتُكتب بأوميغا مقلوبة ℧؛ وقد أُلغيت الكتابة رسميًا، لكنها ترد في مراجع الصمامات الإلكترونية وفي الأدب الإنجليزي عن الترانزستورات، حيث يُعطى الانحدار أحيانًا بالمِلّي مهو. وتُذكر موصلية المحاليل عادةً بالميكروسيمنز لكل سنتيمتر لا لكل متر: فالمعامل بين الكتابتين مئة، والخلط فيه يعطي خطأً يسهل معه أن يُعدّ ماء المرجل صالحًا وهو غير صالح.
06 · الوحدات المجاورة
السيمنز والأوم مقدار واحد من جهتين. وفي دارات التيار المتناوب يسمّى المقدار المقلوب للمعاوقة سماحية، ويُقاس هو أيضًا بالسيمنز.
كمّ الموصلية هو مقلوب نصف ثابت فون كليتسينغ: العددان يصفان الحدّ الكمّي نفسه من جهتين. ومن بطاقات Simetrium تجاور السيمنز أوم بوصفها مقدارًا مقلوبًا، أمبير s الفولت من التعريف، مول في اللتر للمحاليل و فاراد من الجزء التفاعلي للسماحية.
07 · القسم التاريخي
الأوم مقروءًا بالمقلوب
بنى سيمنز خط البرق من بطرسبورغ إلى القرم وأول ترام كهربائي. ووحدة الموصلية تحمل اسمه — وهي مقلوب الأوم.
كانت الموصلية تُقاس بـ«المهو» — الأوم بالمقلوب — وتُرمَز بأوميغا مقلوبة. ويُنسب الاسم إلى وليم طومسون، وقد دام أكثر من ثمانين سنة: ومراجع الصمامات مليئة بالمِلّي مهو.
أقرّ المؤتمر العام الرابع عشر السيمنز والكاتال والمول، فأغلق بذلك قائمة الوحدات المشتقة ذات الأسماء الخاصة. وتبيّن أن السيمنز هو الوحدة الوحيدة في النظام الدولي المسمّاة باسم رجل أعمال لا باسم عالِم فحسب.
في تماسّ نقطي بين موصلين تتغيّر الموصلية بقفزات هي مضاعفات الكم البالغ 77.48 ميكرو سيمنز. وكل درجة تعني أن قناة أخرى قد انفتحت أمام الإلكترونات — الحدّ الذي تكفّ بعده الموصلية عن أن تكون مقدارًا متصلًا.
اسم واحد وقع على وحدتين مختلفتين بفارق مئة سنة
في سنة 1860 اقترح فيرنر سيمنز معيارًا للمقاومة — عمودًا من الزئبق طوله متر ومقطعه مليمتر مربع — وسمّوه «وحدة سيمنز». كانت تساوي 0.9536 من الأوم الحالي، وظلّت ربع قرن مقياس العمل عند عمّال البرق في القارة. وبعد عشرين سنة اختار المؤتمر بدلًا منها الأوم، وهو مختلف قليلًا في المقدار. وفي سنة 1971 أعطى المؤتمر العام الرابع عشر اسم سيمنز لوحدة الموصلية — أي للمقدار المقلوب لذاك الذي كتب عنه. والطريف أن رجل أعمال اقترح وحدة للمقاومة، فوقع اسمه على مقلوبها.
الدليل · وحدات القياس
بطاقة لكل مقدار
سبع وحدات أساسية في النظام الدولي، واثنتان وعشرون وحدة مشتقة لها أسماء خاصة، ووحدات خارج النظام لا تستغني عنها التقنية ولا الحياة اليومية. لكل وحدة ورقتها: التعريف، التحويل، الأجهزة، قواعد الكتابة. بـ 20 لغة.
وحدات دولية مشتقة لها أسماء خاصة
بطاقة السيمنز مفتوحةالوحدات الأساسية في النظام الدولي
باللون الطيني — الوحدات الأربع التي يتركب منها السيمنزالموصلية في كتابات أخرى
لغة البطاقة
20 لغة. الرمز S عالمي، أما عسر الماء فلا: درجات ألمانية وفرنسية وإنجليزية وملّيغرامات في اللتر — والبطاقة تردّها إلى العرف المحلي.