Siemens
Odvodená jednotka SI · veličina: elektrická vodivosť
01 · Definícia
Jeden siemens je vodivosť úseku, ktorého odpor je jeden ohm. Nová fyzika v jednotke nie je, je v nej pohodlie zápisu: paralelné vodivosti sa jednoducho sčítavajú, kým odpory treba počítať cez prevrátené hodnoty. Preto sa v siemensoch hovorí tam, kde je všetko spojené paralelne — v elektrochémii o roztokoch, vo fyziológii o membránach, v elektronike o strmosti tranzistora.
Práve to ospravedlňuje existenciu jednotky. Pri paralelnom spojení treba odpory skladať cez prevrátené hodnoty, kým vodivosti sa jednoducho sčítavajú ako prúdy v uzle; výpočet zložitej siete sa v siemensoch zmení na sčítanie. Druhým poľom sú roztoky. Vodivosť vody je úmerná množstvu rozpustených solí a celá úprava vody, od akvária po jadrovú elektráreň, ju meria v mikrosiemensoch na centimeter. Pri čistej vode určuje vodivosť jej vlastná disociácia a leží na úrovni piatich stotín mikrosiemensa na centimeter — hranice, pod ktorú sa nedostane nijaká destilácia.
Tri rezistory po tri ohmy spojené paralelne dajú jeden ohm — ale dôjsť k tomu cez odpory znamená sčítať tri zlomky a výsledok obrátiť. V siemensoch sa to isté počíta spamäti: tretina plus tretina plus tretina je jedna. Na tom stojí metóda uzlových potenciálov, v ktorej sú neznámymi potenciály uzlov a koeficientmi vodivosti vetiev: matica vyjde symetrická a rieši sa numericky bez jediného zlomku. Výpočty energetických sietí sa vedú práve v siemensoch a na ohmy sa prevádza až konečná odpoveď.
02 · Prevod
Zadajte vodivosť — list ju prevráti na odpor
Väzba s ohmom je prevrátená, preto tabuľka delí jednotku hodnotou. Mho a „prevrátený ohm“ sú tie isté siemensy pod starými menami, prítomné v príručkách až do sedemdesiatych rokov.
Konduktometer nemeria vodivosť roztoku, ale vodivosť vlastnej nádobky, preto je v liste snímača uvedená konštanta nádobky: pomer vzdialenosti elektród k ich ploche. Vynásobením nameraných siemensov touto konštantou v prevrátených centimetroch sa získajú mikrosiemensy na centimeter. Pre čistú vodu sa berú nádobky s malou konštantou, pre morskú s veľkou, inak prístroj vyjde z rozsahu.
| Jednotka | Názov | Hodnota | Kde sa vyskytuje |
|---|---|---|---|
| S | siemens, jednotka SI | 1 | východisková jednotka tohto listu |
| mS | milisiemens | 1000 | obývaný úsek v elektrochémii |
| µS | mikrosiemens | 1000000 | na centimeter — pracovný zápis laboratórií |
| nS | nanosiemens | 10⁹ | tu vodivosť už prekáža, namiesto toho aby slúžila |
| kS | kilosiemens | 0,001 | odpor klesá do mikroohmov |
| Ω | ohm, odpor | 1 | prevrátená veličina, nie iná jednotka |
| kΩ | kiloohm | 0,001 | štyri číslice za čiarkou — to sú už mikrosiemensy |
| ℧ | mho, ohm odzadu | 1 | to isté pod starým menom |
| abS | absiemens, CGS-EM | 10⁻⁹ | miliarda siemensov v jedinej jednotke |
| statS | siemens sústavy CGS-ES | 8,988·10¹¹ | o niečo viac než pikosiemens |
| jedn. Siem. | Siemensova jednotka 1860 | 0,9536 | ortuťový stĺpec dlhý meter |
| 2e²/h | kvantum vodivosti | 12906 | od roku 2019 presné číslo |
| S | siemens | 1 | východisková jednotka tohto listu |
Väzba s ohmom je prevrátená, preto tabuľka delí jednotku hodnotou: paralelné vodivosti sa sčítavajú, odpory nie
03 · Rády veličín
od izolantu k supravodičuJeden siemens: úsek s odporom jedného ohmu
04 · Meracie prístroje
Čím sa meria vodivosť
Preháňa roztokom striedavý prúd a počíta vodivosť podľa Ohmovho zákona. Jednosmerný prúd sa nehodí: rozkladá vodu a pokrýva elektródy produktmi elektrolýzy, preto je napájanie vždy striedavé, obyčajne na kilohertze.
Roztok prechádza dvoma toroidmi: prvý budí v kvapaline prstencový prúd, druhý ho zachytáva. Elektródy sa prostredia vôbec nedotýkajú, preto snímač pracuje v kyselinách, lúhoch a znečistených odpadových vodách, kde by bežné doštičky zanikli za mesiac.
Od roku 1978 sa slanosť oceánu neurčuje chemickým rozborom, ale meraním vodivosti spolu s teplotou a tlakom. Praktická stupnica slanosti je definovaná pomerom vodivosti vzorky k vodivosti porovnávacieho roztoku chloridu draselného, a preto je bezrozmerná.
Vodivosť mostíka s hrúbkou jedného atómu sa nemení plynulo, ale po schodoch, ktoré sú násobkami kvanta 77,48 mikrosiemensa. Hodnota závisí iba od Planckovej konštanty a náboja elektrónu a samotný jav sa pozoruje tak, že sa zlaté vlákno naťahuje až do pretrhnutia.
05 · Pravidlá zápisu
Veľké S — inak je to sekunda
Celú ťarchu tu nesie veľkosť písmena: S je siemens, s je sekunda. Meno jednotky sa v ruštine neskloňuje podľa čísla: „päť siemens“, a nie „siemensov“, lebo je to priezvisko. Do roku 1971 sa tá istá veličina nazývala „mho“ — ohm čítaný odzadu, s obrátenou značkou ℧. Meno sa držalo takmer sto rokov a dodnes sa objavuje v anglicky písanej dokumentácii k tranzistorom, kde sa strmosť udáva v milimho. Vodivosť roztoku sa zapisuje v S/m, no laboratórna prax sa pevne drží µS/cm: je to stokrát menej a čísla vychádzajú pohodlnejšie.
Ruská značka je См, s veľkým С. Do roku 1971 sa jednotka nazývala „mho“ — ohm čítaný odzadu — a značila sa obrátenou omegou ℧; zápis bol úradne zrušený, ale objavuje sa v príručkách o elektrónkach a v anglicky písanej literatúre o tranzistoroch, kde sa strmosť dodnes občas udáva v milimho. Vodivosť roztokov sa obyčajne vyjadruje v mikrosiemensoch na centimeter, nie na meter: činiteľ medzi zápismi je sto a zámena v ňom dáva chybu, pre ktorú možno ľahko uznať kotlovú vodu za vyhovujúcu, hoci nie je.
06 · Susedné jednotky
Siemens a ohm sú jedna veličina z dvoch strán. V obvodoch striedavého prúdu sa veličina prevrátená k impedancii nazýva admitancia a takisto sa meria v siemensoch.
Kvantum vodivosti je prevrátenou hodnotou polovice von Klitzingovej konštanty: obe čísla opisujú tú istú kvantovú hranicu z dvoch strán. Z listov Simetria k siemensu susedia ohm ako prevrátená veličina, ampér s voltu z definície, moly na liter pre roztoky a farad z jalovej časti admitancie.
07 · Historický oddiel
Ohm čítaný odzadu
Siemens vybudoval telegrafnú linku z Petrohradu na Krym a prvú elektrickú električku. Jednotka vodivosti nesie jeho meno — a je prevrátenou hodnotou ohmu.
Vodivosť sa merala v „mho“ — ohm odzadu — a značila sa obrátenou omegou. Meno sa pripisuje Williamovi Thomsonovi a držalo sa vyše osemdesiat rokov: príručky o elektrónkach sú plné milimho.
Štrnásta Generálna konferencia prijala siemens, katal a mol a uzavrela tým zoznam odvodených jednotiek s vlastným menom. Siemens sa ukázal ako jediná jednotka SI pomenovaná po podnikateľovi, a nie výlučne po učencovi.
V bodovom kontakte medzi dvoma vodičmi sa vodivosť mení skokmi, ktoré sú násobkami kvanta 77,48 mikrosiemensa. Každý schod znamená, že sa elektrónom otvorí ďalší kanál — hranica, za ktorou vodivosť prestáva byť spojitou veličinou.
Jedno meno pripadlo dvom rôznym jednotkám s odstupom sto rokov
Roku 1860 navrhol Werner Siemens etalón odporu — ortuťový stĺpec dlhý meter s prierezom štvorcového milimetra — a nazvali ho „Siemensovou jednotkou“. Rovnala sa 0,9536 dnešného ohmu a štvrťstoročie bola pracovnou mierou telegrafistov na kontinente. O dvadsať rokov neskôr kongres zvolil namiesto nej ohm, veľkosťou trochu iný. A roku 1971 dala štrnásta Generálna konferencia Siemensovo meno jednotke vodivosti — práve tej veličine, ktorá je prevrátená k tej, o ktorej písal. Kuriózne je práve to: podnikateľ navrhol jednotku odporu a jeho meno pripadlo jej prevrátenému náprotivku.
Katalóg · meracie jednotky
List pre každú veličinu
Sedem základných jednotiek SI, dvadsaťdva odvodených s vlastnými názvami a jednotky mimo sústavy, bez ktorých sa nezaobíde technika ani bežný život. Každá má svoj list: definícia, prevod, prístroje, pravidlá zápisu. V 20 jazykoch.
Odvodené jednotky SI s vlastným názvom
otvorený list siemensuZákladné jednotky SI
terakotou — štyri jednotky, z ktorých sa siemens skladáVodivosť v iných zápisoch
Jazyk listu
20 jazykov. Značka S je medzinárodná, tvrdosť vody však nie: nemecké stupne, francúzske, anglické a miligramy na liter — list ich prevádza na miestnu zvyklosť.