Siemens
Een oceanograaf laat een sonde overboord zakken en meet niet het zout, maar de stroom. Tussen de elektroden van de sonde loopt een wisselstroom, en uit de sterkte daarvan leidt het instrument af hoeveel zout er in het water zit. Zeewater geleidt stroom miljoenen keren beter dan water uit een laboratoriumzuiveraar. Sinds 1978 wordt het zoutgehalte van de oceaan precies zo bepaald.
Geleiding is het omgekeerde van weerstand. Weerstand geeft aan hoeveel een geleider de stroom hindert, geleiding hoe makkelijk de stroom erdoor gaat. Eén siemens is de geleiding waarbij een spanning van 1 V een stroom van 1 A drijft. Lord Kelvin stelde voor deze eenheid ‘mho’ te noemen: het woord ‘ohm’ achterstevoren gelezen.
| Aanduiding | S |
| Definitie | ampère per volt · A/V · Ω⁻¹ · kg⁻¹·m⁻²·s³·A² |
| Referentiewaarden | geleidingsquantum 2e²/h — 77,480 917 µS · KCl-oplossing 0,01 mol/L — 1413 µS/cm bij 25 °C · 1 S = 1 ℧ |
| Ingevoerd | mho, ℧ — sinds 1883 · siemens in het SI sinds 1971, XIVe Algemene Conferentie |
| Normen | ISO 80000-6 · ISO 7888 · IEC 60746-3 · SI Brochure 9th ed. |
| Typische waarden | 5,5 µS/m — ultrapuur water · 5,3 S/m — zeewater · 60 MS/m — koper |
01 · Definitie
Eén ampère voor elke volt
De geleiding G is gelijk aan de stroom die bij een spanning van één volt door een geleider loopt. Ze is het omgekeerde van de weerstand: een geleider van 1 kΩ heeft 1 mS, een geleider van 1 Ω heeft 1 S. Siemens zijn handig overal waar de stroom meerdere wegen tegelijk neemt. De geleidingen van parallelle takken tellen gewoon op.
In een metaal wordt de stroom gedragen door elektronen, in water door de ionen van opgeloste zouten. Zuiver water geleidt nauwelijks, maar elke snuf zout voegt ionen toe. Daarom leidt men uit de geleiding van water af hoeveel zout erin zit. Daarvoor gebruikt men de geleidbaarheid: de geleiding van een kubus van de stof, betrokken op zijn lengte en oppervlakte.
Waarom je bij parallelschakeling siemens optelt en geen ohm
Een batterij van 10 V voedt vier parallel geschakelde weerstanden. Elke tak kan aan- en uitgezet worden. De rode stippen zijn de stroom in een tak: ze lopen sneller naarmate de geleiding groter is. De stroom van elke tak is zijn geleiding maal 10 V, en de stromen tellen op. Daarom tellen ook de geleidingen op, terwijl de totale weerstand via breuken wordt berekend.
Een watermeter meet de geleiding tussen twee elektroden, maar toont de geleidbaarheid. Daarvoor deelt hij de siemens door de celconstante: de verhouding van de afstand tussen de elektroden tot hun oppervlakte. In een cel met elektroden van 1 cm² op 1 cm afstand zijn de getallen gelijk, alleen de eenheden verschillen: µS en µS/cm. Zet je de elektroden twee keer zo ver uit elkaar, dan halveert de geleiding, maar de geleidbaarheid blijft gelijk.
Waarom zout stroom geleidt en suiker niet
Links staat een geleidbaarheidsmeter, met zijn sensor in een glas van 200 mL. Tussen twee platina elektroden zet het instrument een wisselspanning en meet de stroom. Rode stippen zijn ionen van natrium en andere metalen, blauwe zijn chloride-ionen en zuurresten. Telkens als de spanning van teken wisselt, keren de ionen om naar de andere elektrode. Met de lepel bovenaan kun je zout of suiker toevoegen. De kookplaat onder het glas verwarmt of koelt het water. De loep rechts laat zien dat een ion een mantel van watermoleculen met zich meesleept. De wisselspanning is in de scène duizend keer vertraagd.
Kies een water en voeg er zout aan toe.
02 · Omrekening
| Eenheid | Waarde | Waar het voorkomt |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
De mho, ℧, is precies gelijk aan één siemens. In Amerikaanse technische literatuur kom je hem nog steeds tegen.
Voor water schrijft men µS/cm. 1 µS/cm = 0,1 mS/m = 100 µS/m — dat is een en dezelfde geleidbaarheid.
TDS-meters tonen de TDS in mg/L. Dat is geen meting, maar een omrekening: de geleidbaarheid wordt vermenigvuldigd met 0,5—0,7.
03 · Ordes van grootte
04 · Meetinstrumenten
05 · Schrijfregels
06 · Naburige eenheden
07 · Historisch deel
Sinds 1978 wordt het zoutgehalte van de oceaan bepaald volgens de schaal PSS-78. Die gaat uit van de verhouding van twee geleidbaarheden: van het monster en van een kaliumchlorideoplossing met 32,4356 g per kilogram water, bij 15 °C. Is de verhouding gelijk aan één, dan is het zoutgehalte 35. Om saliniteitsmeters over de hele wereld te controleren, worden dichtgesmolten ampullen met standaardzeewater verstuurd. Op elke partij staat haar verhouding K₁₅.
Gewone geleidbaarheidsmeters worden gecontroleerd met KCl-oplossingen. Een oplossing van 0,01 mol/L geeft 1413 µS/cm bij 25 °C. De geleidbaarheid van water stijgt met ongeveer 2 % per graad. Daarom rekent het instrument de uitslag om naar 25 °C, en in het verslag staan beide getallen: de meting en de temperatuur.
Catalogus van grootheden
de hele index →De zeven SI-basiseenheden
Een druppel zuur verandert de kleur van het sap, zout kleurt de vlam, water bevriest door een tik. Daaronder alle bladen van Simetrium, per vakgebied en alfabetisch.
Index openen →