Siemens
Un oceanografo cala una sonda fuori bordo e misura non il sale, ma la corrente. Tra gli elettrodi della sonda passa una corrente alternata, e dalla sua intensità lo strumento capisce quanto sale c’è nell’acqua. L’acqua di mare conduce la corrente milioni di volte meglio dell’acqua di un purificatore da laboratorio. Dal 1978 la salinità dell’oceano si determina proprio così.
La conduttanza è l’inverso della resistenza. La resistenza indica quanto un conduttore ostacola la corrente, la conduttanza con quanta facilità la corrente lo attraversa. Un siemens è la conduttanza per cui una tensione di 1 V spinge una corrente di 1 A. Lord Kelvin propose di chiamare questa unità «mho»: la parola «ohm» letta al contrario.
| Notazione | S |
| Definizione | ampere al volt · A/V · Ω⁻¹ · kg⁻¹·m⁻²·s³·A² |
| Valori di riferimento | quanto di conduttanza 2e²/h — 77,480 917 µS · soluzione di KCl 0,01 mol/L — 1413 µS/cm a 25 °C · 1 S = 1 ℧ |
| Introdotta | mho, ℧ — dal 1883 · siemens nel SI dal 1971, XIV Conferenza generale |
| Norme | ISO 80000-6 · ISO 7888 · IEC 60746-3 · SI Brochure 9th ed. |
| Valori tipici | 5,5 µS/m — acqua ultrapura · 5,3 S/m — acqua di mare · 60 MS/m — rame |
01 · Definizione
Un ampere per ogni volt
La conduttanza G è uguale alla corrente che attraversa un conduttore con una tensione di un volt. È l’inverso della resistenza: un conduttore da 1 kΩ ha 1 mS, uno da 1 Ω ha 1 S. I siemens sono comodi dove la corrente segue più percorsi insieme. Le conduttanze dei rami in parallelo si sommano e basta.
Nel metallo la corrente è portata dagli elettroni, nell’acqua dagli ioni dei sali disciolti. L’acqua pura quasi non conduce, ma ogni pizzico di sale aggiunge ioni. Per questo dalla conduttanza dell’acqua si capisce quanti sali contiene. A questo scopo si usa la conducibilità: la conduttanza di un cubetto della sostanza, riferita alla sua lunghezza e alla sua sezione.
Perché in parallelo si sommano i siemens e non gli ohm
Una batteria da 10 V alimenta quattro resistori collegati in parallelo. Ogni ramo si può accendere e spegnere. I punti rossi sono la corrente in un ramo: corrono tanto più veloci quanto maggiore è la sua conduttanza. La corrente di ogni ramo è uguale alla sua conduttanza per 10 V, e le correnti si sommano. Per questo si sommano anche le conduttanze, mentre la resistenza totale si calcola con le frazioni.
Un misuratore per l’acqua misura la conduttanza tra due elettrodi, ma mostra la conducibilità. Per farlo divide i siemens per la costante di cella: il rapporto tra la distanza degli elettrodi e la loro area. In una cella con elettrodi di 1 cm² a 1 cm di distanza i numeri coincidono, cambiano solo le unità: µS e µS/cm. Se gli elettrodi si allontanano del doppio, la conduttanza si dimezza, ma la conducibilità resta la stessa.
Perché il sale conduce la corrente e lo zucchero no
A sinistra c’è un conduttimetro, con il sensore immerso in un bicchiere da 200 mL. Tra due elettrodi di platino lo strumento applica una tensione alternata e misura la corrente. I punti rossi sono ioni di sodio e di altri metalli, quelli blu ioni cloruro e residui acidi. Ogni volta che la tensione cambia segno, gli ioni si voltano verso l’altro elettrodo. Con il cucchiaio in alto si può aggiungere sale o zucchero. La piastra sotto il bicchiere scalda o raffredda l’acqua. La lente a destra mostra che uno ione si trascina dietro un guscio di molecole d’acqua. Nella scena la tensione alternata è rallentata mille volte.
Scegliete un’acqua e aggiungeteci del sale.
02 · Conversione
| Unità | Valore | Dove si incontra |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
Il mho, ℧, è esattamente uguale a un siemens. Lo si incontra ancora nella letteratura tecnica americana.
Per l’acqua si scrive µS/cm. 1 µS/cm = 0,1 mS/m = 100 µS/m — è la stessa conducibilità.
I misuratori di TDS mostrano i TDS in mg/L. Non è una misura, ma un calcolo: la conducibilità viene moltiplicata per 0,5—0,7.
03 · Ordini di grandezza
04 · Strumenti di misura
05 · Regole di scrittura
06 · Unità vicine
07 · Sezione storica
Dal 1978 la salinità dell’oceano si determina con la scala PSS-78. È il rapporto tra due conducibilità: quella del campione e quella di una soluzione di cloruro di potassio con 32,4356 g per chilogrammo d’acqua, a 15 °C. Se il rapporto è uguale a uno, la salinità è 35. Per verificare i salinometri di tutto il mondo si spediscono fiale sigillate di acqua di mare standard. Su ogni lotto è indicato il suo rapporto K₁₅.
I comuni conduttimetri si verificano con soluzioni di KCl. Una soluzione da 0,01 mol/L dà 1413 µS/cm a 25 °C. La conducibilità dell’acqua cresce di circa il 2 % per grado. Per questo lo strumento riporta la lettura a 25 °C, e nel verbale si scrivono entrambi i valori: la misura e la temperatura.
Catalogo delle grandezze
tutto l'indice →Le sette unità di base del SI
Una goccia d'acido cambia il colore del succo, il sale colora la fiamma, l'acqua gela con un colpo. Sotto, tutte le schede di Simetrium, per disciplina e in ordine alfabetico.
Apri l'indice →