Siemens
Unit terbitan SI · kuantiti: kekonduksian elektrik
01 · Takrif
Satu siemens ialah kekonduksian sesuatu bahagian yang rintangannya satu ohm. Tiada fizik baharu dalam unit ini, yang ada ialah kemudahan menulis: kekonduksian selari cukup dijumlahkan, sedangkan rintangan perlu dikira melalui songsang. Sebab itu orang bercakap dalam siemens di tempat semuanya disambung selari — dalam elektrokimia tentang larutan, dalam fisiologi tentang membran, dalam elektronik tentang kekonduksian pindah transistor.
Justeru itulah yang mewajarkan unit ini. Dalam sambungan selari, rintangan mesti digabungkan melalui songsang, sedangkan kekonduksian cukup dijumlahkan sahaja, seperti arus pada satu simpul; pengiraan rangkaian bercabang, apabila ditulis dalam siemens, tinggal penambahan. Bidang kedua ialah larutan. Kekonduksian air berkadar dengan jumlah garam terlarut, dan seluruh rawatan air, daripada akuarium hingga loji nuklear, mengukurnya dalam mikrosiemens setiap sentimeter. Pada air tulen kekonduksian ditentukan oleh penceraiannya sendiri dan berada sekitar lima perseratus mikrosiemens setiap sentimeter — had yang tidak dilepasi oleh mana-mana penyulingan.
Tiga perintang tiga ohm yang disambung selari memberi satu ohm — tetapi sampai ke sana melalui rintangan bermakna menjumlahkan tiga pecahan dan membalikkan hasilnya. Dalam siemens perkara yang sama dikira di kepala: satu pertiga tambah satu pertiga tambah satu pertiga sama dengan satu. Di atas inilah berdirinya kaedah keupayaan simpul, yang anu-nya ialah keupayaan simpul dan pekalinya kekonduksian cabang: matriksnya keluar simetri dan diselesaikan secara berangka tanpa satu pecahan pun. Pengiraan rangkaian tenaga elektrik dijalankan justeru dalam siemens, dan hanya jawapan akhirnya ditukar kepada ohm.
02 · Penukaran
Masukkan kekonduksian — helaian ini akan membalikkannya menjadi rintangan
Kaitan dengan ohm bersifat songsang, sebab itu jadual membahagi unit dengan nilainya. Mho dan «ohm songsang» ialah siemens yang sama dengan nama lama, yang ada dalam buku panduan sehingga tahun tujuh puluhan.
Konduktometer tidak mengukur kekonduksian larutan tetapi kekonduksian selnya sendiri; sebab itu pada helaian penderia tercatat pemalar sel: nisbah jarak elektrod kepada luasnya. Mendarabkan siemens yang diukur dengan pemalar ini dalam sentimeter songsang memberikan mikrosiemens setiap sentimeter. Untuk air tulen diambil sel berpemalar kecil, untuk air laut yang besar, jika tidak alat itu terkeluar daripada julatnya.
| Unit | Nama | Nilai | Di mana dijumpai |
|---|---|---|---|
| S | siemens, unit SI | 1 | unit awal helaian ini |
| mS | milisiemens | 1000 | bahagian yang biasa dalam elektrokimia |
| µS | mikrosiemens | 1000000 | setiap sentimeter — penulisan kerja makmal |
| nS | nanosiemens | 10⁹ | di sini kekonduksian sudah mengganggu dan bukan berguna |
| kS | kilosiemens | 0.001 | rintangan turun ke mikroohm |
| Ω | ohm, rintangan | 1 | kuantiti songsang, bukan unit yang lain |
| kΩ | kiloohm | 0.001 | empat angka selepas titik perpuluhan — itu sudah mikrosiemens |
| ℧ | mho, ohm terbalik | 1 | perkara yang sama dengan nama lama |
| abS | absiemens, CGS-EM | 10⁻⁹ | sebilion siemens dalam satu unit |
| statS | siemens sistem CGS-ES | 8.988·10¹¹ | sedikit lebih besar daripada satu pikosiemens |
| unit Siem. | unit Siemens 1860 | 0.9536 | turus raksa sepanjang satu meter |
| 2e²/h | kuantum kekonduksian | 12906 | nombor tepat sejak 2019 |
| S | siemens | 1 | unit awal helaian ini |
Kaitan dengan ohm bersifat songsang, sebab itu jadual membahagi unit dengan nilainya: kekonduksian selari dijumlahkan, rintangan tidak
03 · Orde kuantiti
daripada penebat kepada superkonduktorSatu siemens: sesuatu bahagian dengan rintangan satu ohm
04 · Alat pengukur
Kekonduksian diukur dengan apa
Ia mengalirkan arus ulang-alik miliknya sendiri melalui larutan dan mengira kekonduksian dengan hukum Ohm. Arus terus tidak sesuai: ia menguraikan air dan menyaluti elektrod dengan hasil elektrolisis, sebab itu bekalannya sentiasa ulang-alik, lazimnya pada satu kilohertz.
Larutan melalui dua teroid: yang pertama mengaruhkan arus bulatan dalam cecair, yang kedua menangkapnya. Elektrodnya langsung tidak menyentuh medium, sebab itu penderia ini bekerja dalam asid, alkali dan air buangan kotor, tempat plat biasa akan musnah dalam sebulan.
Sejak 1978 kemasinan lautan ditentukan bukan dengan analisis kimia melainkan dengan mengukur kekonduksian bersama suhu dan tekanan. Skala kemasinan praktik ditakrifkan melalui nisbah kekonduksian sampel kepada larutan rujukan kalium klorida, dan sebab itu tanpa dimensi.
Kekonduksian sebuah titi setebal satu atom tidak berubah dengan licin tetapi bertangga, gandaan kuantum 77.48 mikrosiemens. Nilainya bergantung hanya pada pemalar Planck dan cas elektron, manakala kesannya sendiri diperhatikan dengan meregangkan seutas dawai emas hingga putus.
05 · Perperaturan penulisan
S besar — kalau tidak, itu saat
Di sini seluruh beban dipikul oleh besar kecilnya huruf: S ialah siemens, s ialah saat. Nama unit dalam bahasa Rusia tidak berubah mengikut bilangan: «lima siemens», bukan «siemens-siemens», kerana ia nama keluarga. Sehingga 1971 kuantiti yang sama dipanggil «mho» — ohm dibaca terbalik, dengan lambang songsang ℧. Nama itu bertahan hampir seabad dan hingga kini muncul dalam dokumen berbahasa Inggeris tentang transistor, tempat kekonduksian pindah diberikan dalam milimho. Kekonduksian jenis larutan ditulis dalam S/m, tetapi amalan makmal berpaut erat pada µS/cm: seratus kali lebih kecil dan angkanya keluar lebih selesa.
Lambang Rusianya См, dengan С besar. Sehingga 1971 unit ini dipanggil «mho» — ohm dibaca terbalik — dan ditulis dengan omega songsang ℧; penulisannya dimansuhkan secara rasmi, tetapi masih ditemui dalam buku panduan tiub elektron dan dalam kesusasteraan berbahasa Inggeris tentang transistor, tempat kekonduksian pindah kadangkala masih diberikan dalam milimho. Kekonduksian jenis larutan lazimnya dinyatakan dalam mikrosiemens setiap sentimeter, bukan setiap meter: faktor antara kedua-dua penulisan itu seratus, dan mengelirukannya memberi ralat yang membuat air dandang mudah dianggap layak walhal tidak.
06 · Satuan tetangga
Siemens dan ohm ialah satu kuantiti dari dua belah. Dalam litar arus ulang-alik, kuantiti songsang bagi impedans dipanggil admitans dan diukur juga dalam siemens.
Kuantum kekonduksian ialah songsang bagi separuh pemalar von Klitzing: kedua-dua nombor itu memerihalkan had kuantum yang sama dari dua belah. Antaranya helaian-helaian Simetrium bersebelahan dengan siemens ohm sebagai kuantiti songsang, ampere s volt daripada takrif, mol seliter untuk larutan dan farad daripada bahagian reaktif admitans.
07 · Bagian sejarah
Ohm yang dibaca terbalik
Siemens membina talian telegraf dari Petersburg hingga ke Crimea dan trem elektrik yang pertama. Unit kekonduksian menyandang namanya — dan ia songsang bagi ohm.
Kekonduksian dahulu diukur dalam «mho» — ohm terbalik — dan ditulis dengan omega songsang. Nama itu dikaitkan dengan William Thomson dan bertahan lebih lapan puluh tahun: buku panduan tiub penuh dengan milimho.
Persidangan Am keempat belas menerima siemens, katal dan mol, dan dengan itu menutup senarai unit terbitan yang bernama sendiri. Siemens ternyata satu-satunya unit SI yang dinamakan sempena seorang usahawan, bukan semata-mata seorang ahli sains.
Dalam sentuhan titik antara dua konduktor, kekonduksian berubah dengan lompatan yang menjadi gandaan kuantum 77.48 mikrosiemens. Setiap anak tangga bermakna terbuka satu lagi saluran bagi elektron — had yang di seberangnya kekonduksian berhenti menjadi kuantiti selanjar.
Satu nama jatuh kepada dua unit yang berbeza dengan selang seratus tahun
Pada tahun 1860 Werner Siemens mencadangkan satu piawai rintangan — turus raksa sepanjang satu meter dengan keratan satu milimeter persegi — dan ia dinamakan «unit Siemens». Nilainya 0.9536 ohm hari ini, dan selama suku abad menjadi ukuran kerja para petugas telegraf di benua itu. Dua puluh tahun kemudian kongres memilih ohm sebagai gantinya, yang sedikit berbeza besarnya. Dan pada tahun 1971 Persidangan Am keempat belas memberikan nama Siemens kepada unit kekonduksian — justeru kepada kuantiti yang menjadi songsang bagi yang ditulisnya. Keanehannya di situ: seorang usahawan mencadangkan unit rintangan, dan namanya jatuh kepada songsangnya.
Katalog · satuan ukuran
Satu helaian untuk tiap kuantiti
Tujuh satuan dasar SI, dua puluh dua satuan turunan bernama sendiri, dan satuan di luar sistem yang tidak dapat ditinggalkan baik oleh teknik maupun kehidupan seharian. Masing-masing punya helaiannya: takrif, penukaran, alat, peraturan penulisan. Dalam 36 bahasa.
Satuan turunan SI bernama sendiri
helaian siemens terbukaSatuan dasar SI
berwarna terakota — empat unit yang membentuk siemensKekonduksian dalam penulisan lain
Bahasa helaian
36 bahasa. Lambang S bersifat antarabangsa, tetapi keliatan air tidak: darjah Jerman, Perancis, Inggeris dan miligram seliter — helaian ini membawanya kepada amalan setempat.