Siemens
Satuan turunan SI · besaran: daya hantar listrik
01 · Definisi
Satu siemens adalah daya hantar sepenggal jalur yang hambatannya satu ohm. Tidak ada fisika baru dalam satuan ini, yang ada kemudahan menulis: daya hantar paralel cukup dijumlahkan, sedangkan hambatan harus dihitung lewat kebalikan. Karena itu orang berbicara dalam siemens di tempat semuanya tersambung paralel — dalam elektrokimia tentang larutan, dalam fisiologi tentang membran, dalam elektronika tentang transkonduktansi transistor.
Justru itulah yang membenarkan satuan ini. Pada sambungan paralel hambatan harus digabungkan lewat kebalikan, sedangkan daya hantar cukup dijumlahkan saja, seperti arus pada sebuah simpul; perhitungan jaringan yang bercabang, bila ditulis dalam siemens, tinggal penjumlahan. Bidang kedua adalah larutan. Daya hantar air sebanding dengan jumlah garam terlarut, dan seluruh pengolahan air, dari akuarium sampai pembangkit nuklir, mengukurnya dalam mikrosiemens per sentimeter. Pada air murni daya hantar ditentukan oleh disosiasinya sendiri dan berada di sekitar lima perseratus mikrosiemens per sentimeter — batas yang tak dilewati penyulingan mana pun.
Tiga hambatan tiga ohm yang dipasang paralel memberi satu ohm — tetapi sampai ke sana lewat hambatan berarti menjumlahkan tiga pecahan dan membalik hasilnya. Dalam siemens hal yang sama dikerjakan di kepala: sepertiga tambah sepertiga tambah sepertiga sama dengan satu. Di atas inilah berdiri metode potensial simpul, yang anu-nya adalah potensial simpul dan koefisiennya daya hantar cabang: matriksnya keluar setangkup dan diselesaikan secara numerik tanpa satu pecahan pun. Perhitungan jaringan tenaga listrik dijalankan justru dalam siemens, dan hanya jawaban akhirnya yang diubah ke ohm.
02 · Konversi
Masukkan daya hantar — lembar ini akan membaliknya menjadi hambatan
Kaitan dengan ohm bersifat kebalikan, karena itu tabel membagi satuan dengan nilainya. Mho dan «ohm terbalik» adalah siemens yang sama dengan nama lama, yang ada dalam buku pegangan sampai tahun tujuh puluhan.
Konduktometer tidak mengukur daya hantar larutan melainkan daya hantar selnya sendiri; itu sebabnya pada lembar sensor tercantum konstanta sel: perbandingan jarak elektroda terhadap luasnya. Mengalikan siemens yang terukur dengan konstanta ini dalam sentimeter terbalik memberi mikrosiemens per sentimeter. Untuk air murni dipakai sel berkonstanta kecil, untuk air laut yang besar, kalau tidak alat keluar dari rentangnya.
| Satuan | Nama | Nilai | Di mana dijumpai |
|---|---|---|---|
| S | siemens, satuan SI | 1 | satuan awal lembar ini |
| mS | milisiemens | 1000 | penggal yang akrab dalam elektrokimia |
| µS | mikrosiemens | 1000000 | per sentimeter — penulisan kerja laboratorium |
| nS | nanosiemens | 10⁹ | di sini daya hantar sudah mengganggu alih-alih berguna |
| kS | kilosiemens | 0,001 | hambatan turun ke mikroohm |
| Ω | ohm, hambatan | 1 | besaran kebalikan, bukan satuan lain |
| kΩ | kiloohm | 0,001 | empat angka di belakang koma — itu sudah mikrosiemens |
| ℧ | mho, ohm terbalik | 1 | hal yang sama dengan nama lama |
| abS | absiemens, CGS-EM | 10⁻⁹ | satu miliar siemens dalam satu satuan |
| statS | siemens sistem CGS-ES | 8,988·10¹¹ | sedikit lebih besar daripada satu pikosiemens |
| sat. Siem. | satuan Siemens 1860 | 0,9536 | kolom raksa sepanjang satu meter |
| 2e²/h | kuantum daya hantar | 12906 | bilangan eksak sejak 2019 |
| S | siemens | 1 | satuan awal lembar ini |
Kaitan dengan ohm bersifat kebalikan, karena itu tabel membagi satuan dengan nilainya: daya hantar paralel dijumlahkan, hambatan tidak
03 · Orde besaran
dari isolator sampai superkonduktorSatu siemens: sepenggal jalur dengan hambatan satu ohm
04 · Alat ukur
Daya hantar diukur dengan apa
Ia mengalirkan arus bolak-balik miliknya sendiri melalui larutan dan menghitung daya hantar dengan hukum Ohm. Arus searah tidak cocok: ia menguraikan air dan menyelaputi elektroda dengan hasil elektrolisis, karena itu catu dayanya selalu bolak-balik, biasanya pada satu kilohertz.
Larutan melewati dua toroida: yang pertama membangkitkan arus melingkar di dalam cairan, yang kedua menangkapnya. Elektrodanya sama sekali tidak menyentuh medium, karena itu sensor bekerja dalam asam, basa dan limbah kotor, tempat pelat biasa akan rusak dalam sebulan.
Sejak 1978 kadar garam samudra ditentukan bukan dengan analisis kimia melainkan dengan mengukur daya hantar bersama suhu dan tekanan. Skala kadar garam praktis didefinisikan lewat perbandingan daya hantar cuplikan terhadap larutan acuan kalium klorida, karena itu tak berdimensi.
Daya hantar sebuah jembatan setebal satu atom tidak berubah mulus melainkan bertangga, kelipatan kuantum 77,48 mikrosiemens. Nilainya hanya bergantung pada tetapan Planck dan muatan elektron, sedangkan gejalanya sendiri diamati dengan menarik seutas kawat emas sampai putus.
05 · Aturan penulisan
S besar — kalau tidak, itu detik
Di sini seluruh beban dipikul oleh besar kecilnya huruf: S adalah siemens, s adalah detik. Nama satuan dalam bahasa Rusia tidak berubah menurut jumlah: «lima siemens», bukan «siemens-siemens», karena itu nama keluarga. Sampai 1971 besaran yang sama disebut «mho» — ohm dibaca terbalik, dengan lambang terbalik ℧. Nama itu bertahan hampir seabad dan sampai kini muncul dalam dokumen berbahasa Inggris tentang transistor, tempat transkonduktansi diberikan dalam milimho. Daya hantar jenis larutan ditulis dalam S/m, tetapi praktik laboratorium berpegang erat pada µS/cm: seratus kali lebih kecil dan angkanya keluar lebih nyaman.
Lambang Rusianya См, dengan С besar. Sampai 1971 satuan ini disebut «mho» — ohm dibaca terbalik — dan ditulis dengan omega terbalik ℧; penulisannya resmi dihapus, tetapi masih dijumpai dalam buku pegangan tabung elektron dan dalam pustaka berbahasa Inggris tentang transistor, tempat transkonduktansi kadang masih diberikan dalam milimho. Daya hantar jenis larutan lazim dinyatakan dalam mikrosiemens per sentimeter, bukan per meter: faktor antara kedua penulisan itu seratus, dan mengacaukannya memberi galat yang membuat air ketel mudah dianggap layak padahal tidak.
06 · Satuan tetangga
Siemens dan ohm adalah satu besaran dari dua sisi. Dalam rangkaian arus bolak-balik besaran kebalikan dari impedansi disebut admitansi dan diukur pula dalam siemens.
Kuantum daya hantar adalah kebalikan dari setengah tetapan von Klitzing: kedua bilangan itu melukiskan batas kuantum yang sama dari dua sisi. Di antara lembar-lembar Simetrium bertetangga dengan siemens ohm sebagai besaran kebalikan, ampere s volt dari definisi, mol per liter untuk larutan dan farad dari bagian reaktif admitansi.
07 · Bagian sejarah
Ohm yang dibaca terbalik
Siemens membangun jalur telegraf dari Petersburg sampai Krimea dan trem listrik pertama. Satuan daya hantar menyandang namanya — dan ia kebalikan dari ohm.
Daya hantar dulu diukur dalam «mho» — ohm dibalik — dan ditulis dengan omega terbalik. Nama itu dikaitkan dengan William Thomson dan bertahan lebih dari delapan puluh tahun: buku pegangan tabung penuh dengan milimho.
Konferensi Umum keempat belas menerima siemens, katal dan mol, dan dengan itu menutup daftar satuan turunan yang bernama sendiri. Siemens ternyata satu-satunya satuan SI yang dinamai menurut seorang pengusaha, bukan semata-mata seorang ilmuwan.
Pada sentuhan titik antara dua penghantar, daya hantar berubah dengan lompatan yang merupakan kelipatan kuantum 77,48 mikrosiemens. Setiap anak tangga berarti terbuka satu lagi saluran bagi elektron — batas yang di seberangnya daya hantar berhenti menjadi besaran sinambung.
Satu nama jatuh pada dua satuan yang berbeda dengan selang seratus tahun
Pada 1860 Werner Siemens mengusulkan sebuah standar hambatan — kolom raksa sepanjang satu meter dengan penampang satu milimeter persegi — dan orang menyebutnya «satuan Siemens». Nilainya 0,9536 ohm sekarang, dan selama seperempat abad menjadi ukuran kerja para petugas telegraf di benua itu. Dua puluh tahun kemudian kongres memilih ohm sebagai gantinya, yang sedikit berbeda besarnya. Dan pada 1971 Konferensi Umum keempat belas memberikan nama Siemens kepada satuan daya hantar — justru kepada besaran yang merupakan kebalikan dari yang ia tulis. Keganjilannya ada di situ: seorang pengusaha mengusulkan satuan hambatan, dan namanya jatuh pada kebalikannya.
Katalog · satuan ukuran
Satu lembar untuk tiap besaran
Tujuh satuan dasar SI, dua puluh dua satuan turunan bernama sendiri, dan satuan di luar sistem yang tak dapat ditinggalkan baik oleh teknik maupun kehidupan sehari-hari. Masing-masing punya lembarnya: definisi, konversi, alat, aturan penulisan. Dalam 36 bahasa.
Satuan turunan SI bernama sendiri
lembar siemens terbukaSatuan dasar SI
berwarna terakota — empat satuan yang menyusun siemensDaya hantar dalam penulisan lain
Bahasa lembar
36 bahasa. Lambang S bersifat internasional, tetapi kesadahan air tidak: derajat Jerman, Prancis, Inggris dan miligram per liter — lembar ini membawanya ke kebiasaan setempat.