Siemens
SI:n johdannaisyksikkö · suure: sähköinen konduktanssi
01 · Määritelmä
Yksi siemens on sellaisen osuuden konduktanssi, jonka resistanssi on yksi ohmi. Uutta fysiikkaa yksikössä ei ole, siinä on kirjoittamisen kätevyys: rinnakkaiset konduktanssit lasketaan yksinkertaisesti yhteen, kun taas resistanssit on laskettava käänteisarvojen kautta. Siksi siemenseistä puhutaan siellä, missä kaikki on rinnan — sähkökemiassa liuoksista, fysiologiassa kalvoista, elektroniikassa transistorin jyrkkyydestä.
Juuri se oikeuttaa yksikön. Rinnankytkennässä resistanssit on yhdistettävä käänteisarvojen kautta, kun taas konduktanssit yksinkertaisesti lasketaan yhteen, kuten virrat solmussa; monihaaraisen verkon lasku siemenseinä palautuu yhteenlaskuun. Toinen sovellusalue ovat liuokset. Veden johtavuus on verrannollinen liuenneiden suolojen määrään, ja koko vedenkäsittely, akvaariosta ydinvoimalaan, mittaa sitä mikrosiemenseinä senttimetriä kohti. Puhtaassa vedessä johtavuuden määrää sen oma dissosiaatio, ja se on viiden sadasosan mikrosiemensin luokkaa senttimetriä kohti — raja, jonka alle mikään tislaus ei pääse.
Kolme kolmen ohmin vastusta rinnan antavat yhden ohmin — mutta sinne pääseminen resistanssien kautta tarkoittaa kolmen murtoluvun yhteenlaskua ja tuloksen kääntämistä. Siemenseinä sama tehdään päässä: kolmasosa plus kolmasosa plus kolmasosa on yksi. Tähän nojaa solmupistemenetelmä, jossa tuntemattomina ovat solmujen potentiaalit ja kertoimina haarojen konduktanssit: matriisista tulee symmetrinen ja se ratkaistaan numeerisesti ilman ainuttakaan murtolukua. Sähköverkkojen laskennat tehdään juuri siemenseinä, ja vasta lopullinen vastaus muunnetaan ohmeiksi.
02 · Muunnos
Syötä konduktanssi — kortti kääntää sen resistanssiksi
Yhteys ohmiin on käänteinen, siksi taulukko jakaa yksikön arvolla. Mho ja ”käänteinen ohmi” ovat samat siemensit vanhoin nimin, joita on käsikirjoissa seitsemänkymmentäluvulle asti.
Johtokykymittari ei mittaa liuoksen johtavuutta vaan oman kennonsa konduktanssia, siksi anturin kortissa ilmoitetaan kennovakio: elektrodien etäisyyden suhde niiden pinta-alaan. Kertomalla mitatut siemensit tällä vakiolla käänteisinä senttimetreinä saadaan mikrosiemensiä senttimetriä kohti. Puhtaalle vedelle otetaan kennot, joilla on pieni vakio, merivedelle suuri, muuten laite menee mittausalueen ulkopuolelle.
| Yksikkö | Nimi | Arvo | Missä esiintyy |
|---|---|---|---|
| S | siemens, SI-yksikkö | 1 | tämän kortin lähtöyksikkö |
| mS | millisiemens | 1000 | tuttu osuus sähkökemiassa |
| µS | mikrosiemens | 1000000 | senttimetriä kohti — laboratorioiden työmerkintä |
| nS | nanosiemens | 10⁹ | täällä konduktanssi jo haittaa sen sijaan että hyödyttäisi |
| kS | kilosiemens | 0,001 | resistanssi laskee mikro-ohmeihin |
| Ω | ohmi, resistanssi | 1 | käänteinen suure, ei toinen yksikkö |
| kΩ | kilo-ohmi | 0,001 | neljä numeroa pilkun jälkeen — ne ovat jo mikrosiemensejä |
| ℧ | mho, ohmi takaperin | 1 | sama vanhalla nimellä |
| abS | absiemens, CGS-EM | 10⁻⁹ | miljardi siemensiä yhdessä yksikössä |
| statS | CGS-ES-järjestelmän siemens | 8,988·10¹¹ | hieman enemmän kuin pikosiemens |
| Siem.-yks. | Siemensin yksikkö 1860 | 0,9536 | metrin pituinen elohopeapatsas |
| 2e²/h | konduktanssikvantti | 12906 | tarkka luku vuodesta 2019 |
| S | siemens | 1 | tämän kortin lähtöyksikkö |
Yhteys ohmiin on käänteinen, siksi taulukko jakaa yksikön arvolla: rinnakkaiset konduktanssit lasketaan yhteen, resistanssit eivät
03 · Suuruusluokat
eristeestä suprajohteeseenYksi siemens: osuus, jonka resistanssi on yksi ohmi
04 · Mittalaitteet
Millä konduktanssia mitataan
Se ajaa liuoksen läpi vaihtovirtaa ja laskee konduktanssin Ohmin lain mukaan. Tasavirta ei käy: se hajottaa veden ja peittää elektrodit elektrolyysin tuotteilla, siksi syöttö on aina vaihtuva, tavallisesti kilohertsin luokkaa.
Liuos kulkee kahden toroidin läpi: ensimmäinen synnyttää nesteeseen rengasvirran, toinen nappaa sen. Elektrodit eivät kosketa väliainetta lainkaan, siksi anturi toimii hapoissa, emäksissä ja likaisissa jätevesissä, joissa tavalliset levyt tuhoutuisivat kuukaudessa.
Vuodesta 1978 meren suolaisuus määritetään ei kemiallisella analyysillä vaan mittaamalla johtavuus yhdessä lämpötilan ja paineen kanssa. Käytännön suolaisuusasteikko on määritelty näytteen johtavuuden suhteena kaliumkloridin vertailuliuoksen johtavuuteen, ja siksi se on dimensioton.
Yhden atomin paksuisen sillan konduktanssi ei muutu tasaisesti vaan portain, jotka ovat kvantin 77,48 mikrosiemensin monikertoja. Arvo riippuu vain Planckin vakiosta ja elektronin varauksesta, ja itse ilmiötä katsellaan venyttämällä kultalankaa katkeamiseen asti.
05 · Kirjoitussäännöt
Iso S — muuten se on sekunti
Koko paino on tässä kirjainkoolla: S on siemens, s on sekunti. Yksikön nimi ei taivu luvussa venäjässä: ”viisi siemens”, ei ”siemensiä”, koska se on sukunimi. Vuoteen 1971 asti samaa suuretta kutsuttiin ”mhoksi” — ohmi takaperin luettuna, käännetyllä merkillä ℧. Nimi kesti lähes vuosisadan ja tulee yhä vastaan englanninkielisissä transistoriasiakirjoissa, joissa jyrkkyys annetaan millimhoina. Liuoksen johtavuus kirjoitetaan yksikössä S/m, mutta laboratoriokäytäntö pitää lujasti kiinni yksiköstä µS/cm: se on sata kertaa pienempi ja luvut tulevat kätevämmiksi.
Venäläinen merkintä on См, isolla С:llä. Vuoteen 1971 asti yksikköä kutsuttiin ”mhoksi” — ohmi takaperin luettuna — ja merkittiin käännetyllä omegalla ℧; merkintä on virallisesti kumottu, mutta sitä tapaa elektroniputkia käsittelevissä käsikirjoissa ja englanninkielisessä transistorikirjallisuudessa, jossa jyrkkyys annetaan yhä toisinaan millimhoina. Liuosten johtavuus ilmaistaan tavallisesti mikrosiemenseinä senttimetriä kohti eikä metriä kohti: merkintöjen välinen kerroin on sata, ja sen sekoittaminen antaa virheen, jonka takia kattilavesi menee helposti kelvollisesta, vaikkei se sitä ole.
06 · Naapuriyksiköt
Siemens ja ohmi ovat yksi suure kahdelta puolelta. Vaihtovirtapiireissä impedanssin käänteistä suuretta kutsutaan admittanssiksi, ja sekin mitataan siemenseinä.
Konduktanssikvantti on von Klitzingin vakion puolikkaan käänteisarvo: nämä kaksi lukua kuvaavat samaa kvanttirajaa kahdelta puolelta. Näistä korteista siemensin naapureita ovat ohmi käänteisenä suureena, ampeeri s voltista määritelmästä, moolia litrassa liuoksille ja faradi admittanssin loisosasta.
07 · Historiallinen osa
Ohmi takaperin luettuna
Siemens rakensi lennätinlinjan Pietarista Krimille ja ensimmäisen sähköraitiovaunun. Konduktanssin yksikkö kantaa hänen nimeään — ja se on ohmin käänteisarvo.
Konduktanssia mitattiin ”mhoina” — ohmi takaperin — ja merkittiin ylösalaisin käännetyllä omegalla. Nimi luetaan William Thomsonin ansioksi, ja se piti pintansa yli kahdeksankymmentä vuotta: putkikäsikirjat ovat täynnä millimhoja.
Neljästoista yleiskonferenssi hyväksyi siemensin, katalin ja moolin ja sulki näin luettelon johdannaisyksiköistä, joilla on oma nimi. Siemens osoittautui ainoaksi SI-yksiköksi, joka on nimetty liikemiehen eikä pelkästään tiedemiehen mukaan.
Kahden johteen välisessä pistekontaktissa konduktanssi muuttuu hyppäyksin, jotka ovat kvantin 77,48 mikrosiemensin monikertoja. Jokainen porras merkitsee, että elektroneille aukeaa vielä yksi kanava — raja, jonka takana konduktanssi lakkaa olemasta jatkuva suure.
Yksi ja sama nimi lankesi kahdelle eri yksikölle sadan vuoden välein
Vuonna 1860 Werner Siemens ehdotti resistanssin normaalia — metrin pituista ja neliömillimetrin paksuista elohopeapatsasta — ja sitä kutsuttiin ”Siemensin yksiköksi”. Se vastasi 0,9536 nykyistä ohmia ja oli neljännesvuosisadan mantereen lennättäjien työmitta. Kaksikymmentä vuotta myöhemmin kongressi valitsi sen tilalle ohmin, joka oli suuruudeltaan hieman toinen. Ja vuonna 1971 neljästoista yleiskonferenssi antoi Siemensin nimen konduktanssin yksikölle — sille suureelle, joka on käänteinen sille, josta hän oli kirjoittanut. Kummallista tässä on juuri se: liikemies ehdotti resistanssin yksikköä, ja hänen nimensä lankesi sen käänteisarvolle.
Luettelo · mittayksiköt
Kortti jokaiselle suureelle
Seitsemän SI-perusyksikköä, kaksikymmentäkaksi omalla nimellä varustettua johdannaista ja järjestelmän ulkopuoliset yksiköt, joita ilman ei tule toimeen tekniikka eikä arki. Jokaisella oma lehtensä: määritelmä, muunnos, mittalaitteet, kirjoitussäännöt. 20 kielellä.
SI-johdannaisyksiköt omalla nimellä
siemensin kortti on aukiSI-perusyksiköt
terrakotalla — ne neljä yksikköä, joista siemens koostuuKonduktanssi muissa merkinnöissä
Kortin kieli
20 kieltä. Merkki S on kansainvälinen, mutta veden kovuus ei ole: saksalaiset asteet, ranskalaiset, englantilaiset ja milligrammat litrassa — kortti sovittaa ne paikalliseen käytäntöön.