Siemens
Unitate SI derivată · mărime: conductanță electrică
01 · Definiție
Un siemens este conductanța unei porțiuni a cărei rezistență este de un ohm. Fizică nouă în unitate nu există, există comoditatea scrierii: conductanțele în paralel se adună pur și simplu, în vreme ce rezistențele trebuie socotite prin inverse. De aceea se vorbește în siemens acolo unde totul este legat în paralel — în electrochimie despre soluții, în fiziologie despre membrane, în electronică despre panta unui tranzistor.
Tocmai asta justifică unitatea. La legarea în paralel rezistențele trebuie combinate prin inverse, în timp ce conductanțele se adună pur și simplu, ca niște curenți într-un nod; calculul unei rețele complicate se reduce în siemens la o adunare. Al doilea domeniu sunt soluțiile. Conductivitatea apei este proporțională cu cantitatea de săruri dizolvate, iar întreaga tratare a apei, de la acvariu la centrala nucleară, o măsoară în microsiemens pe centimetru. În apa pură conductivitatea este dată de propria ei disociere și se află la cinci sutimi de microsiemens pe centimetru — o limită sub care nu coboară nicio distilare.
Trei rezistoare de trei ohmi legate în paralel dau un ohm — dar a ajunge acolo prin rezistențe înseamnă a aduna trei fracții și a răsturna rezultatul. În siemens același lucru se face în minte: o treime plus o treime plus o treime fac unu. Pe asta se sprijină metoda potențialelor nodale, în care necunoscutele sunt potențialele nodurilor, iar coeficienții conductanțele laturilor: matricea iese simetrică și se rezolvă numeric fără nicio fracție. Calculele rețelelor electrice se fac tocmai în siemens, iar în ohmi se convertește abia răspunsul final.
02 · Conversie
Introduceți o conductanță — fișa o întoarce în rezistență
Legătura cu ohmul este inversă, de aceea tabelul împarte unitatea la valoare. Mho și «ohmul invers» sunt aceiași siemens sub nume vechi, prezenți în manuale până în anii șaptezeci.
Un conductometru nu măsoară conductivitatea soluției, ci conductanța propriei celule; de aceea în fișa senzorului este dată o constantă de celulă: raportul dintre distanța electrozilor și aria lor. Înmulțind siemensii măsurați cu această constantă în centimetri inverși se obțin microsiemens pe centimetru. Pentru apa pură se iau celule cu constantă mică, pentru apa de mare cu constantă mare, altfel aparatul iese din domeniu.
| Unitate | Nume | Valoare | Unde apare |
|---|---|---|---|
| S | siemens, unitate SI | 1 | unitatea de pornire a acestei fișe |
| mS | milisiemens | 1000 | porțiunea familiară în electrochimie |
| µS | microsiemens | 1000000 | pe centimetru — scrierea de lucru a laboratoarelor |
| nS | nanosiemens | 10⁹ | aici conductanța deja încurcă în loc să folosească |
| kS | kilosiemens | 0,001 | rezistența coboară în microohmi |
| Ω | ohm, rezistență | 1 | o mărime inversă, nu altă unitate |
| kΩ | kiloohm | 0,001 | patru zecimale — astea sunt deja microsiemens |
| ℧ | mho, ohm invers | 1 | același lucru sub un nume vechi |
| abS | absiemens, CGS-EM | 10⁻⁹ | un miliard de siemens într-o singură unitate |
| statS | siemens al sistemului CGS-ES | 8,988·10¹¹ | ceva mai mult decât un picosiemens |
| unit. Siem. | unitatea Siemens 1860 | 0,9536 | o coloană de mercur lungă de un metru |
| 2e²/h | cuanta de conductanță | 12906 | număr exact din 2019 |
| S | siemens | 1 | unitatea de pornire a acestei fișe |
Legătura cu ohmul este inversă, de aceea tabelul împarte unitatea la valoare: conductanțele în paralel se adună, rezistențele nu
03 · Ordine de mărime
de la izolator la supraconductorUn siemens: o porțiune cu o rezistență de un ohm
04 · Instrumente de măsură
Cu ce se măsoară conductanța
Trece prin soluție curent alternativ și calculează conductanța după legea lui Ohm. Curentul continuu nu se potrivește: descompune apa și acoperă electrozii cu produse ale electrolizei, de aceea alimentarea este mereu alternativă, de obicei la un kilohertz.
Soluția trece prin două toruri: primul induce în lichid un curent inelar, al doilea îl culege. Electrozii nu ating deloc mediul, așa că senzorul lucrează în acizi, baze și ape uzate murdare, unde plăcile obișnuite ar fi distruse într-o lună.
Din 1978 salinitatea oceanului se determină nu prin analiză chimică, ci prin măsurarea conductivității împreună cu temperatura și presiunea. Scara practică de salinitate este definită prin raportul dintre conductivitatea probei și cea a unei soluții de referință de clorură de potasiu, și de aceea este adimensională.
Conductanța unei punți groase de un atom nu variază lin, ci în trepte care sunt multipli ai cuantei de 77,48 microsiemens. Valoarea depinde doar de constanta lui Planck și de sarcina electronului, iar efectul însuși se observă întinzând un fir de aur până la rupere.
05 · Reguli de scriere
Un S mare — altfel este secunda
Aici toată greutatea o poartă mărimea literei: S este siemensul, s este secunda. Numele unității nu se schimbă după număr în rusă: «cinci siemens», și nu «siemenși», fiindcă este un nume de familie. Până în 1971 aceeași mărime se numea «mho» — ohm citit invers, cu simbolul răsturnat ℧. Numele s-a păstrat aproape un secol și apare și azi în documentația engleză despre tranzistoare, unde panta este dată în milimho. Conductivitatea unei soluții se scrie în S/m, dar practica de laborator ține strâns la µS/cm: este de o sută de ori mai mică, iar cifrele ies mai comode.
Simbolul rusesc este См, cu С mare. Până în 1971 unitatea se numea «mho» — ohm citit invers — și se scria cu un omega răsturnat ℧; scrierea a fost desființată oficial, dar apare în manuale despre tuburi electronice și în literatura engleză despre tranzistoare, unde panta se mai dă uneori în milimho. Conductivitatea soluțiilor se exprimă de obicei în microsiemens pe centimetru și nu pe metru: factorul dintre cele două scrieri este o sută, iar confundarea lui dă o eroare din pricina căreia apa de cazan poate fi ușor socotită bună deși nu este.
06 · Unități vecine
Siemensul și ohmul sunt o singură mărime privită din două părți. În circuitele de curent alternativ mărimea inversă impedanței se numește admitanță și se măsoară tot în siemens.
Cuanta de conductanță este inversa jumătății constantei von Klitzing: cele două numere descriu aceeași limită cuantică din două părți. Dintre fișele Simetrium se învecinează cu siemensul ohm ca mărime inversă, amper s voltul din definiție, moli pe litru pentru soluții și farad din partea reactivă a admitanței.
07 · Secțiune istorică
Ohmul citit invers
Siemens a construit linia telegrafică de la Sankt Petersburg până în Crimeea și primul tramvai electric. Unitatea de conductanță îi poartă numele — și este inversa ohmului.
Conductanța se măsura în «mho» — ohm invers — și se nota cu un omega răsturnat. Numele este atribuit lui William Thomson și s-a păstrat mai bine de optzeci de ani: manualele de tuburi sunt pline de milimho.
Cea de-a paisprezecea Conferință Generală a adoptat siemensul, katalul și molul, închizând lista unităților derivate cu nume propriu. Siemensul s-a dovedit a fi singura unitate SI numită după un întreprinzător și nu doar după un savant.
Într-un contact punctual dintre doi conductori conductanța se schimbă în salturi care sunt multipli ai cuantei de 77,48 microsiemens. Fiecare treaptă înseamnă că se mai deschide un canal pentru electroni — limita dincolo de care conductanța încetează să fie o mărime continuă.
Un singur nume a revenit la două unități diferite, la o sută de ani distanță
În 1860 Werner Siemens a propus un etalon de rezistență — o coloană de mercur lungă de un metru și cu secțiunea de un milimetru pătrat — și a fost numită «unitatea Siemens». Valora 0,9536 din ohmul de azi și vreme de un sfert de veac a fost măsura de lucru a telegrafiștilor de pe continent. Douăzeci de ani mai târziu congresul a ales în locul ei ohmul, ceva diferit ca mărime. Iar în 1971 cea de-a paisprezecea Conferință Generală a dat numele lui Siemens unității de conductanță — tocmai mărimii inverse celei despre care scrisese el. Curiozitatea stă chiar aici: un întreprinzător a propus o unitate de rezistență, iar numele lui a revenit inversei ei.
Catalog · unități de măsură
O fișă pentru fiecare mărime
Șapte unități fundamentale SI, douăzeci și două derivate cu nume propriu și unitățile din afara sistemului fără de care nu se descurcă nici tehnica, nici viața de zi cu zi. Fiecare are foaia ei: definiție, conversie, instrumente, reguli de scriere. În 20 de limbi.
Unități SI derivate cu nume propriu
fișa siemensului este deschisăUnități fundamentale SI
în teracotă — cele patru unități din care se compune siemensulConductanța în alte scrieri
Limba fișei
20 de limbi. Simbolul S este internațional, dar duritatea apei nu este: grade germane, franceze, engleze și miligrame pe litru — fișa le aduce la practica locală.