Siemens
Avledet SI-enhet · størrelse: elektrisk konduktans
01 · Definisjon
Én siemens er konduktansen til en strekning med motstand på én ohm. Ny fysikk finnes ikke i enheten, det finnes bekvemmelighet i skrivemåten: parallelle konduktanser legges rett og slett sammen, mens motstander må regnes gjennom inverser. Derfor snakker man i siemens der alt står parallelt — i elektrokjemien om løsninger, i fysiologien om membraner, i elektronikken om bratthet hos en transistor.
Nettopp det rettferdiggjør enheten. Ved parallellkobling må motstander settes sammen gjennom inverser, mens konduktanser rett og slett legges sammen, som strømmer i et knutepunkt; beregningen av et forgrenet nett går i siemens ut på addisjon. Det andre området er løsninger. Vannets ledningsevne er proporsjonal med mengden oppløste salter, og hele vannbehandlingen, fra akvariet til atomkraftverket, måler den i mikrosiemens per centimeter. I rent vann bestemmes ledningsevnen av vannets egen dissosiasjon og ligger på fem hundredels mikrosiemens per centimeter — en grense ingen destillasjon kommer under.
Tre motstander på tre ohm parallellkoblet gir én ohm — men å komme dit gjennom motstandene betyr å legge sammen tre brøker og snu resultatet. I siemens gjøres det samme i hodet: en tredjedel pluss en tredjedel pluss en tredjedel er én. På dette hviler knutepunktsmetoden, der de ukjente er potensialene i knutepunktene og koeffisientene er konduktansene til greinene: matrisen blir symmetrisk og løses numerisk uten en eneste brøk. Nettberegninger for energisystemer gjøres nettopp i siemens, og først det endelige svaret regnes om til ohm.
02 · Omregning
Skriv inn en konduktans — databladet vender den til motstand
Båndet til ohmen er invers, derfor deler tabellen enheten på verdien. Mho og «den inverse ohmen» er de samme siemensene under gamle navn, som finnes i håndbøker inn på syttitallet.
En konduktivitetsmåler måler ikke løsningens ledningsevne, men konduktansen til sin egen celle; derfor står det i databladet til føleren en cellekonstant: forholdet mellom elektrodeavstanden og arealet deres. Ganger man de målte siemensene med denne konstanten i inverse centimeter, får man mikrosiemens per centimeter. For rent vann tar man celler med liten konstant, for sjøvann med stor, ellers går instrumentet ut av måleområdet.
| Enhet | Navn | Verdi | Hvor den forekommer |
|---|---|---|---|
| S | siemens, SI-enhet | 1 | utgangsenheten for dette bladet |
| mS | millisiemens | 1000 | det kjente stykket i elektrokjemien |
| µS | mikrosiemens | 1000000 | per centimeter — arbeidsskrivemåten til laboratoriene |
| nS | nanosiemens | 10⁹ | her er konduktansen alt til hinder i stedet for til nytte |
| kS | kilosiemens | 0,001 | motstanden faller til mikroohm |
| Ω | ohm, motstand | 1 | en invers størrelse, ikke en annen enhet |
| kΩ | kiloohm | 0,001 | fire siffer etter kommaet — det er allerede mikrosiemens |
| ℧ | mho, ohm baklengs | 1 | det samme under et gammelt navn |
| abS | absiemens, CGS-EM | 10⁻⁹ | en milliard siemens i én enhet |
| statS | siemens i CGS-ES | 8,988·10¹¹ | litt mer enn én pikosiemens |
| Siem.-enh. | Siemens-enheten fra 1860 | 0,9536 | en kvikksølvsøyle på en meter |
| 2e²/h | konduktanskvant | 12906 | nøyaktig tall siden 2019 |
| S | siemens | 1 | utgangsenheten for dette bladet |
Båndet til ohmen er invers, derfor deler tabellen enheten på verdien: parallelle konduktanser legges sammen, motstander gjør det ikke
03 · Størrelsesordener
fra isolator til superlederÉn siemens: en strekning med en motstand på én ohm
04 · Måleinstrumenter
Hva man måler konduktans med
Den sender vekselstrøm gjennom løsningen og regner ut konduktansen etter Ohms lov. Likestrøm duger ikke: den bryter ned vannet og dekker elektrodene med elektrolyseprodukter, derfor er forsyningen alltid vekslende, som regel ved én kilohertz.
Løsningen går gjennom to toroider: den første driver en ringstrøm i væsken, den andre fanger den opp. Elektrodene rører ikke mediet i det hele tatt, derfor virker føleren i syrer, baser og skittent avløpsvann, der vanlige plater ville blitt ødelagt på en måned.
Siden 1978 bestemmes havets saltholdighet ikke ved kjemisk analyse, men ved å måle konduktiviteten sammen med temperatur og trykk. Den praktiske saltholdighetsskalaen er definert gjennom forholdet mellom prøvens konduktivitet og en referanseløsning av kaliumklorid, og er derfor dimensjonsløs.
Konduktansen i en bro på én atoms tykkelse endrer seg ikke jevnt, men i trinn som er multipler av kvantet på 77,48 mikrosiemens. Verdien avhenger bare av Plancks konstant og ladningen til elektronet, og selve effekten ser man ved å strekke en gulltråd til den ryker.
05 · Skriveregler
En stor S — ellers er det sekundet
Her bærer store og små bokstaver hele lasset: S er siemens, s er sekundet. Navnet på enheten bøyes ikke i tall på russisk: «fem siemens», ikke «siemenser», fordi det er et etternavn. Fram til 1971 het den samme størrelsen «mho» — ohm lest baklengs, med det omvendte tegnet ℧. Navnet holdt i nesten et århundre og dukker den dag i dag opp i engelskspråklig transistordokumentasjon, der bratthet oppgis i millimho. Ledningsevnen til en løsning skrives i S/m, men laboratoriepraksis holder fast ved µS/cm: det er hundre ganger mindre, og tallene blir hendigere.
Det russiske tegnet er См, med stor С. Fram til 1971 het enheten «mho» — ohm lest baklengs — og ble skrevet med en omvendt omega ℧; skrivemåten er offisielt avskaffet, men forekommer i håndbøker om elektronrør og i engelskspråklig litteratur om transistorer, der bratthet fremdeles av og til oppgis i millimho. Ledningsevnen til løsninger uttrykkes vanligvis i mikrosiemens per centimeter og ikke per meter: faktoren mellom skrivemåtene er hundre, og en forveksling gir en feil som lett lar kjelevann passere som brukbart selv om det ikke er det.
06 · Naboenheter
Siemens og ohm er én størrelse fra to sider. I vekselstrømskretser kalles den størrelsen som er invers av impedansen, admittans, og den måles også i siemens.
Konduktanskvantet er den inverse av den halve von Klitzing-konstanten: de to tallene beskriver den samme kvantegrensen fra hver sin side. Blant databladene til Simetrium grenser til siemens ohm som invers størrelse, ampere s volten ut fra definisjonen, mol per liter for løsninger og farad ut fra den reaktive delen av admittansen.
07 · Historisk del
Ohm lest baklengs
Siemens bygde telegraflinjen fra Sankt Petersburg til Krim og den første elektriske trikken. Enheten for konduktans bærer navnet hans — og den er den inverse av ohmen.
Konduktansen ble målt i «mho» — ohm baklengs — og skrevet med en omvendt omega. Navnet tilskrives William Thomson, og det holdt i mer enn åtti år: rørhåndbøker er fulle av millimho.
Den fjortende Generalkonferansen vedtok siemens, katal og mol og lukket dermed listen over avledede enheter med eget navn. Siemens viste seg å være den eneste SI-enheten som er oppkalt etter en forretningsmann og ikke bare etter en vitenskapsmann.
I en punktkontakt mellom to ledere endrer konduktansen seg i sprang som er multipler av kvantet på 77,48 mikrosiemens. Hvert trinn betyr at enda en kanal åpner seg for elektronene — grensen der konduktansen slutter å være en kontinuerlig størrelse.
Ett og samme navn tilfalt to forskjellige enheter med hundre års mellomrom
I 1860 foreslo Werner Siemens en motstandsnormal — en kvikksølvsøyle på en meter med et tverrsnitt på en kvadratmillimeter — og den ble kalt «Siemens-enheten». Den svarte til 0,9536 av dagens ohm og var i et kvart århundre arbeidsmålet til telegrafistene på kontinentet. Tjue år senere valgte kongressen i stedet ohmen, litt annerledes i størrelse. Og i 1971 ga den fjortende Generalkonferansen navnet Siemens til enheten for konduktans — nettopp den størrelsen som er invers av den han hadde skrevet om. Det merkelige ligger der: en forretningsmann foreslo en enhet for motstand, og navnet hans tilfalt dens omvendte.
Katalog · måleenheter
Et datablad for hver størrelse
Sju SI-grunnenheter, tjueto avledede med egne navn og enhetene utenfor systemet som verken teknikken eller hverdagen klarer seg uten. Hver har sitt eget blad: definisjon, omregning, instrumenter, skriveregler. På 20 språk.
Avledede SI-enheter med eget navn
databladet for siemens er åpnetSI-grunnenheter
i terrakotta — de fire enhetene siemens bygges avKonduktans i andre skrivemåter
Databladets språk
20 språk. Tegnet S er internasjonalt, men vannets hardhet er det ikke: tyske grader, franske, engelske og milligram per liter — databladet fører dem over i lokal praksis.