Siemens
Um oceanógrafo desce uma sonda pela borda e mede não o sal, mas a corrente. Entre os elétrodos da sonda passa uma corrente alternada, e pela sua intensidade o instrumento sabe quanto sal há na água. A água do mar conduz a corrente milhões de vezes melhor do que a água de um purificador de laboratório. Desde 1978, é exatamente assim que se determina a salinidade do oceano.
A condutância é o inverso da resistência. A resistência mostra quanto um condutor dificulta a corrente; a condutância, com que facilidade a corrente o atravessa. Um siemens é a condutância com a qual uma tensão de 1 V faz passar uma corrente de 1 A. Lord Kelvin propôs chamar a esta unidade «mho»: a palavra «ohm» lida ao contrário.
| Notação | S |
| Definição | ampere por volt · A/V · Ω⁻¹ · kg⁻¹·m⁻²·s³·A² |
| Valores de referência | quantum de condutância 2e²/h — 77,480 917 µS · solução de KCl 0,01 mol/L — 1413 µS/cm a 25 °C · 1 S = 1 ℧ |
| Introduzida | mho, ℧ — desde 1883 · siemens no SI desde 1971, XIV Conferência Geral |
| Normas | ISO 80000-6 · ISO 7888 · IEC 60746-3 · SI Brochure 9th ed. |
| Valores típicos | 5,5 µS/m — água ultrapura · 5,3 S/m — água do mar · 60 MS/m — cobre |
01 · Definição
Um ampere por cada volt
A condutância G é igual à corrente que passa num condutor sob uma tensão de um volt. É o inverso da resistência: um condutor de 1 kΩ tem 1 mS, um condutor de 1 Ω tem 1 S. Os siemens dão jeito sempre que a corrente segue vários caminhos ao mesmo tempo. As condutâncias de ramos em paralelo simplesmente somam-se.
Num metal, a corrente é transportada pelos eletrões; na água, pelos iões dos sais dissolvidos. A água pura quase não conduz, mas cada pitada de sal acrescenta iões. Por isso, a condutância da água indica quantos sais ela contém. Para tal usa-se a condutividade: a condutância de um cubo da substância, referida ao seu comprimento e à sua área.
Porque é que em paralelo se somam siemens e não ohms
Uma bateria de 10 V alimenta quatro resistências ligadas em paralelo. Cada ramo pode ser ligado e desligado. Os pontos vermelhos são a corrente num ramo: correm tanto mais depressa quanto maior for a sua condutância. A corrente de cada ramo é igual à sua condutância vezes 10 V, e as correntes somam-se. Por isso também as condutâncias se somam, enquanto a resistência total se calcula com frações.
Um medidor de água mede a condutância entre dois elétrodos, mas mostra a condutividade. Para isso divide os siemens pela constante da célula: a razão entre a distância dos elétrodos e a sua área. Numa célula com elétrodos de 1 cm² afastados 1 cm, os números coincidem e só as unidades diferem: µS e µS/cm. Se os elétrodos ficarem duas vezes mais afastados, a condutância cai para metade, mas a condutividade mantém-se.
Porque é que o sal conduz a corrente e o açúcar não
À esquerda está um condutivímetro, com o sensor mergulhado num copo de 200 mL. O instrumento aplica uma tensão alternada entre dois elétrodos de platina e mede a corrente. Os pontos vermelhos são iões de sódio e de outros metais; os azuis, iões cloreto e de resíduos ácidos. Sempre que a tensão muda de sinal, os iões viram-se para o outro elétrodo. Com a colher, em cima, pode juntar sal ou açúcar. A placa por baixo do copo aquece ou arrefece a água. A lupa à direita mostra que um ião arrasta consigo uma camada de moléculas de água. Na cena, a tensão alternada está mil vezes mais lenta.
Escolha uma água e junte-lhe sal.
02 · Conversão
| Unidade | Valor | Onde aparece |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
O mho, ℧, é exatamente igual a um siemens. Ainda aparece na literatura técnica norte-americana.
Para a água escreve-se µS/cm. 1 µS/cm = 0,1 mS/m = 100 µS/m — é a mesma condutividade.
Os medidores de TDS mostram os TDS em mg/L. Não é uma medição, mas um cálculo: a condutividade é multiplicada por 0,5—0,7.
03 · Ordens de grandeza
04 · Instrumentos de medição
05 · Regras de escrita
06 · Unidades vizinhas
07 · Secção histórica
Desde 1978, a salinidade do oceano determina-se pela escala PSS-78. É a razão entre duas condutividades: a da amostra e a de uma solução de cloreto de potássio com 32,4356 g por quilograma de água, a 15 °C. Se a razão for igual a um, a salinidade é 35. Para verificar os salinómetros de todo o mundo, enviam-se ampolas seladas de água do mar padrão. Cada lote traz indicada a sua razão K₁₅.
Os condutivímetros comuns verificam-se com soluções de KCl. Uma solução de 0,01 mol/L dá 1413 µS/cm a 25 °C. A condutividade da água sobe cerca de 2 % por grau. Por isso o instrumento converte a leitura para 25 °C, e no relatório escrevem-se os dois valores: a medição e a temperatura.
Catálogo de grandezas
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Uma gota de ácido muda a cor do sumo, o sal tinge a chama, a água congela com uma pancada. Por baixo, todas as fichas do Simetrium, por disciplina e por ordem alfabética.
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