Simens
Oceanograf opuszcza za burtę sondę i mierzy nie sól, lecz prąd. Między elektrodami sondy płynie prąd przemienny, a z jego natężenia przyrząd ustala, ile soli jest w wodzie. Woda morska przewodzi prąd miliony razy lepiej niż woda z laboratoryjnego oczyszczacza. Od 1978 roku zasolenie oceanu wyznacza się właśnie w ten sposób.
Konduktancja to odwrotność oporu. Opór pokazuje, jak bardzo przewodnik utrudnia przepływ prądu, a konduktancja — jak łatwo prąd przez niego płynie. Jeden simens to konduktancja, przy której napięcie 1 V wymusza prąd 1 A. Lord Kelvin proponował nazwać tę jednostkę „mho”: to słowo „ohm” czytane wspak.
| Oznaczenie | S |
| Definicja | amper na wolt · A/V · Ω⁻¹ · kg⁻¹·m⁻²·s³·A² |
| Wartości odniesienia | kwant konduktancji 2e²/h — 77,480 917 µS · roztwór KCl 0,01 mol/L — 1413 µS/cm w 25 °C · 1 S = 1 ℧ |
| Wprowadzona | mho, ℧ — od 1883 roku · simens w SI od 1971 roku, XIV Generalna Konferencja |
| Normy | ISO 80000-6 · ISO 7888 · IEC 60746-3 · SI Brochure 9th ed. |
| Typowe wartości | 5,5 µS/m — woda ultraczysta · 5,3 S/m — woda morska · 60 MS/m — miedź |
01 · Definicja
Amper na każdy wolt
Konduktancja G jest równa prądowi, który płynie przez przewodnik przy napięciu jednego wolta. To odwrotność oporu: przewodnik o oporze 1 kΩ ma 1 mS, a przewodnik o oporze 1 Ω — 1 S. W simensach wygodnie liczyć tam, gdzie prąd płynie kilkoma drogami naraz. Konduktancje gałęzi równoległych po prostu się sumują.
W metalu prąd niosą elektrony, w wodzie — jony rozpuszczonych soli. Czysta woda prawie nie przewodzi, ale każda szczypta soli dodaje jonów. Dlatego po konduktancji wody ocenia się, ile jest w niej soli. Używa się do tego konduktywności: konduktancji sześcianu substancji odniesionej do jego długości i pola przekroju.
Dlaczego przy połączeniu równoległym sumuje się simensy, a nie omy
Bateria 10 V zasila cztery rezystory połączone równolegle. Każdą gałąź można włączyć i wyłączyć. Czerwone kropki to prąd w gałęzi: biegną tym szybciej, im większa jest jej konduktancja. Prąd każdej gałęzi jest równy jej konduktancji pomnożonej przez 10 V, a prądy się sumują. Dlatego sumują się też konduktancje, a opór całkowity oblicza się przez ułamki.
Miernik do wody mierzy konduktancję między dwiema elektrodami, a pokazuje konduktywność. W tym celu dzieli simensy przez stałą celi — stosunek odstępu między elektrodami do ich powierzchni. W celi z elektrodami 1 cm² oddalonymi o 1 cm liczby są takie same, różnią się tylko jednostki: µS i µS/cm. Jeśli rozsunąć elektrody dwa razy dalej, konduktancja spadnie o połowę, a konduktywność pozostanie bez zmian.
Dlaczego sól przewodzi prąd, a cukier nie
Po lewej konduktometr, jego czujnik jest zanurzony w szklance o pojemności 200 mL. Przyrząd przykłada między dwiema elektrodami platynowymi napięcie przemienne i mierzy prąd. Czerwone kropki to jony sodu i innych metali, niebieskie — jony chlorkowe i reszt kwasowych. Za każdym razem, gdy napięcie zmienia znak, jony zawracają ku drugiej elektrodzie. Łyżką u góry można dodać sól lub cukier. Płytka pod szklanką podgrzewa lub chłodzi wodę. Lupa po prawej pokazuje, że jon ciągnie za sobą otoczkę z cząsteczek wody. Napięcie przemienne na scenie jest spowolnione tysiąc razy.
Wybierz wodę i dodaj do niej soli.
02 · Przeliczanie
| Jednostka | Wartość | Gdzie występuje |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
Mho, ℧, jest dokładnie równe simensowi. W amerykańskiej literaturze technicznej spotyka się je do dziś.
Dla wody pisze się µS/cm. 1 µS/cm = 0,1 mS/m = 100 µS/m — to ta sama konduktywność.
Mierniki TDS pokazują TDS w mg/L. To nie pomiar, lecz przeliczenie: konduktywność mnoży się przez 0,5—0,7.
03 · Rzędy wielkości
04 · Przyrządy pomiarowe
05 · Zasady zapisu
06 · Jednostki sąsiednie
07 · Dział historyczny
Od 1978 roku zasolenie oceanu wyznacza się według skali PSS-78. To stosunek dwóch konduktywności: próbki i roztworu chlorku potasu, 32,4356 g na kilogram wody, w 15 °C. Jeśli stosunek wynosi jeden, zasolenie jest równe 35. Do sprawdzania salinometrów na całym świecie rozsyła się zatopione ampułki standardowej wody morskiej. Na każdej partii podany jest jej stosunek K₁₅.
Zwykłe konduktometry sprawdza się roztworami KCl. Roztwór 0,01 mol/L daje 1413 µS/cm w 25 °C. Konduktywność wody rośnie o około 2 % na każdy stopień. Dlatego przyrząd przelicza odczyt na 25 °C, a w protokole zapisuje się obie liczby: pomiar i temperaturę.
Katalog wielkości
cały indeks →Siedem jednostek podstawowych SI
Kropla kwasu zmienia kolor soku, sól barwi płomień, woda zamarza od stuknięcia. Pod nimi wszystkie karty Simetrium według dziedzin i alfabetycznie.
Otwórz indeks →