ซีเมนส์
หน่วยอนุพัทธ์ของ SI · ปริมาณ: สภาพนำไฟฟ้า
01 · นิยาม
หนึ่งซีเมนส์คือสภาพนำไฟฟ้าของช่วงที่มีความต้านทานหนึ่งโอห์ม ในหน่วยนี้ไม่มีฟิสิกส์ใหม่ มีแต่ความสะดวกในการเขียน: สภาพนำไฟฟ้าที่ต่อขนานบวกกันได้ตรง ๆ ขณะที่ความต้านทานต้องคิดผ่านส่วนกลับ ด้วยเหตุนี้ที่ใดทุกอย่างต่อขนานกัน ที่นั่นก็พูดกันเป็นซีเมนส์ — ในเคมีไฟฟ้าพูดถึงสารละลาย ในสรีรวิทยาพูดถึงเยื่อ ในอิเล็กทรอนิกส์พูดถึงความชันของทรานซิสเตอร์
นี่แหละคือสิ่งที่ทำให้หน่วยนี้มีที่ยืน ในการต่อขนาน ความต้านทานต้องรวมกันผ่านส่วนกลับ ขณะที่สภาพนำไฟฟ้าบวกกันได้ตรง ๆ เหมือนกระแสที่จุดต่อ การคำนวณโครงข่ายที่ซับซ้อนเมื่อคิดเป็นซีเมนส์จึงเหลือเพียงการบวก สนามที่สองคือสารละลาย สภาพนำไฟฟ้าของน้ำแปรผันตรงกับปริมาณเกลือที่ละลายอยู่ และงานปรับปรุงคุณภาพน้ำทั้งหมด ตั้งแต่ตู้ปลาจนถึงโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ก็วัดมันเป็นไมโครซีเมนส์ต่อเซนติเมตร ในน้ำบริสุทธิ์ สภาพนำไฟฟ้าถูกกำหนดโดยการแตกตัวของน้ำเอง และอยู่ที่ราวห้าในร้อยของไมโครซีเมนส์ต่อเซนติเมตร — ขีดที่ไม่มีการกลั่นใดลงไปต่ำกว่านี้ได้
ตัวต้านทานสามตัว ตัวละสามโอห์ม ต่อขนานกันได้หนึ่งโอห์ม — แต่การไปถึงตรงนั้นผ่านความต้านทานหมายถึงบวกเศษส่วนสามตัวแล้วพลิกผลลัพธ์ ในหน่วยซีเมนส์ทำสิ่งเดียวกันได้ในใจ: หนึ่งส่วนสามบวกหนึ่งส่วนสามบวกหนึ่งส่วนสามได้หนึ่ง วิธีศักย์ที่จุดต่อยืนอยู่บนสิ่งนี้เอง: ตัวไม่ทราบค่าคือศักย์ที่จุดต่อ และสัมประสิทธิ์คือสภาพนำไฟฟ้าของกิ่ง เมทริกซ์ออกมาสมมาตรและแก้เชิงตัวเลขได้โดยไม่มีเศษส่วนเลย การคำนวณโครงข่ายไฟฟ้าทำกันเป็นซีเมนส์นี่เอง และแปลงเป็นโอห์มเฉพาะคำตอบสุดท้าย
02 · การแปลงหน่วย
ใส่สภาพนำไฟฟ้า — แผ่นข้อมูลจะพลิกมันเป็นความต้านทาน
ความสัมพันธ์กับโอห์มเป็นส่วนกลับ ตารางจึงเอาหน่วยหารด้วยค่า mho และ «โอห์มกลับด้าน» คือซีเมนส์เดียวกันในชื่อเก่า ซึ่งมีอยู่ในคู่มือจนถึงยุคเจ็ดสิบ
เครื่องวัดสภาพนำไฟฟ้าไม่ได้วัดสภาพนำไฟฟ้าของสารละลาย แต่วัดสภาพนำไฟฟ้าของเซลล์ตัวเอง ด้วยเหตุนี้ในแผ่นข้อมูลของหัววัดจึงระบุค่าคงตัวของเซลล์ไว้: อัตราส่วนระหว่างระยะห่างของขั้วไฟฟ้ากับพื้นที่ของมัน เมื่อคูณซีเมนส์ที่วัดได้ด้วยค่าคงตัวนี้ในหน่วยเซนติเมตรกลับ ก็จะได้ไมโครซีเมนส์ต่อเซนติเมตร สำหรับน้ำบริสุทธิ์ใช้เซลล์ที่ค่าคงตัวน้อย สำหรับน้ำทะเลใช้ค่าคงตัวมาก มิฉะนั้นเครื่องจะออกนอกช่วงวัด
| หน่วย | ชื่อ | ค่า | พบที่ใด |
|---|---|---|---|
| S | ซีเมนส์, หน่วยของ SI | 1 | หน่วยตั้งต้นของแผ่นข้อมูลนี้ |
| mS | มิลลิซีเมนส์ | 1000 | ช่วงที่คุ้นเคยในเคมีไฟฟ้า |
| µS | ไมโครซีเมนส์ | 1000000 | ต่อเซนติเมตร — การเขียนใช้งานของห้องปฏิบัติการ |
| nS | นาโนซีเมนส์ | 10⁹ | ตรงนี้สภาพนำไฟฟ้ากลายเป็นอุปสรรคแทนที่จะเป็นประโยชน์ |
| kS | กิโลซีเมนส์ | 0.001 | ความต้านทานตกลงไปถึงไมโครโอห์ม |
| Ω | โอห์ม, ความต้านทาน | 1 | ปริมาณส่วนกลับ ไม่ใช่หน่วยอื่น |
| kΩ | กิโลโอห์ม | 0.001 | ทศนิยมสี่ตำแหน่ง — นี่ก็เป็นไมโครซีเมนส์แล้ว |
| ℧ | mho, โอห์มกลับหลัง | 1 | สิ่งเดียวกันในชื่อเก่า |
| abS | แอบซีเมนส์, CGS แม่เหล็กไฟฟ้า | 10⁻⁹ | หนึ่งพันล้านซีเมนส์ในหน่วยเดียว |
| statS | ซีเมนส์ของระบบ CGS ไฟฟ้าสถิต | 8.988·10¹¹ | มากกว่าพิโกซีเมนส์เล็กน้อย |
| หน่วยซีเมนส์ | หน่วยซีเมนส์ปี 1860 | 0.9536 | ลำปรอทยาวหนึ่งเมตร |
| 2e²/h | ควอนตัมของสภาพนำไฟฟ้า | 12906 | เป็นจำนวนที่แน่นอนตั้งแต่ปี 2019 |
| S | ซีเมนส์ | 1 | หน่วยตั้งต้นของแผ่นข้อมูลนี้ |
ความสัมพันธ์กับโอห์มเป็นส่วนกลับ ตารางจึงเอาหน่วยหารด้วยค่า: สภาพนำไฟฟ้าที่ต่อขนานบวกกัน ส่วนความต้านทานไม่บวก
03 · อันดับของขนาด
จากฉนวนถึงตัวนำยวดยิ่งหนึ่งซีเมนส์: ช่วงที่มีความต้านทานหนึ่งโอห์ม
04 · เครื่องมือวัด
สภาพนำไฟฟ้าวัดด้วยอะไร
มันปล่อยกระแสสลับของตัวเองผ่านสารละลาย แล้วคำนวณสภาพนำไฟฟ้าด้วยกฎของโอห์ม กระแสตรงใช้ไม่ได้: มันแยกสลายน้ำและเคลือบขั้วไฟฟ้าด้วยผลผลิตจากการแยกสลายด้วยไฟฟ้า ด้วยเหตุนี้แหล่งจ่ายจึงเป็นไฟสลับเสมอ โดยมากที่ราวหนึ่งกิโลเฮิรตซ์
สารละลายไหลผ่านวงแหวนสองวง: วงแรกเหนี่ยวนำกระแสวงแหวนขึ้นในของเหลว วงที่สองรับมันไว้ ขั้วไฟฟ้าไม่แตะตัวกลางเลย ตัวตรวจวัดจึงทำงานได้ในกรด ด่าง และน้ำเสียสกปรก ซึ่งแผ่นขั้วธรรมดาจะพังภายในหนึ่งเดือน
ตั้งแต่ปี 1978 ความเค็มของมหาสมุทรไม่ได้กำหนดด้วยการวิเคราะห์ทางเคมี แต่ด้วยการวัดสภาพนำไฟฟ้าพร้อมกับอุณหภูมิและความดัน มาตราความเค็มเชิงปฏิบัติถูกนิยามผ่านอัตราส่วนของสภาพนำไฟฟ้าของตัวอย่างต่อสารละลายอ้างอิงโพแทสเซียมคลอไรด์ จึงไม่มีมิติ
สภาพนำไฟฟ้าของสะพานหนาหนึ่งอะตอมไม่ได้เปลี่ยนอย่างราบรื่น แต่เปลี่ยนเป็นขั้นซึ่งเป็นพหุคูณของควอนตัม 77.48 ไมโครซีเมนส์ ค่านี้ขึ้นกับค่าคงตัวพลังค์และประจุอิเล็กตรอนเท่านั้น ส่วนตัวปรากฏการณ์เองนั้นดูได้ด้วยการดึงเส้นทองจนขาด
05 · กฎการเขียน
S ตัวใหญ่ — ไม่อย่างนั้นก็เป็นวินาที
ที่นี่ตัวพิมพ์ใหญ่หรือเล็กแบกภาระทั้งหมด: S คือซีเมนส์ ส่วน s คือวินาที ชื่อของหน่วยในภาษารัสเซียไม่ผันตามจำนวน: «ห้าซีเมนส์» ไม่ใช่ «ซีเมนส์ทั้งหลาย» เพราะเป็นนามสกุล จนถึงปี 1971 ปริมาณเดียวกันนี้ถูกเรียกว่า «mho» — โอห์มอ่านกลับหลัง พร้อมสัญลักษณ์คว่ำ ℧ ชื่อนี้อยู่มาเกือบหนึ่งศตวรรษ และยังโผล่ในเอกสารทรานซิสเตอร์ภาษาอังกฤษจนทุกวันนี้ ที่ซึ่งความชันถูกให้เป็นมิลลิ mho สภาพนำจำเพาะของสารละลายเขียนเป็น S/m แต่ธรรมเนียมห้องปฏิบัติการยึด µS/cm ไว้แน่น: มันเล็กกว่าร้อยเท่าและตัวเลขออกมาสะดวกกว่า
สัญลักษณ์รัสเซียคือ См โดย С เป็นตัวใหญ่ จนถึงปี 1971 หน่วยนี้ถูกเรียกว่า «mho» — โอห์มอ่านกลับหลัง — และเขียนด้วยโอเมกาคว่ำ ℧ การเขียนแบบนี้ถูกยกเลิกอย่างเป็นทางการแล้ว แต่ยังพบในคู่มือหลอดอิเล็กตรอนและในวรรณกรรมภาษาอังกฤษเรื่องทรานซิสเตอร์ ที่ซึ่งความชันบางครั้งยังให้เป็นมิลลิ mho สภาพนำจำเพาะของสารละลายมักแสดงเป็นไมโครซีเมนส์ต่อเซนติเมตร ไม่ใช่ต่อเมตร: ตัวคูณระหว่างสองแบบคือหนึ่งร้อย และการสับสนตรงนี้ให้ความคลาดเคลื่อนที่ทำให้น้ำในหม้อไอน้ำถูกตัดสินว่าใช้ได้ทั้งที่ใช้ไม่ได้
06 · หน่วยข้างเคียง
ซีเมนส์กับโอห์มคือปริมาณเดียวกันมองจากสองด้าน ในวงจรไฟสลับ ปริมาณที่เป็นส่วนกลับของอิมพีแดนซ์เรียกว่าแอดมิตแตนซ์ และวัดเป็นซีเมนส์เช่นกัน
ควอนตัมของสภาพนำไฟฟ้าคือส่วนกลับของครึ่งหนึ่งของค่าคงตัวฟอน คลิทซิง สองจำนวนนี้อธิบายขีดจำกัดเชิงควอนตัมเดียวกันจากคนละด้าน ในบรรดา แผ่นข้อมูลของ Simetrium ที่อยู่ติดกับซีเมนส์คือ โอห์ม ในฐานะปริมาณส่วนกลับ แอมแปร์ s โวลต์ จากนิยาม โมลต่อลิตร สำหรับสารละลาย และ ฟารัด จากส่วนรีแอกทีฟของแอดมิตแตนซ์
07 · ภาคประวัติ
โอห์มที่อ่านกลับหลัง
ซีเมนส์สร้างสายโทรเลขจากเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กถึงไครเมีย และรถรางไฟฟ้าคันแรก หน่วยของสภาพนำไฟฟ้าใช้ชื่อของเขา — และมันคือส่วนกลับของโอห์ม
สภาพนำไฟฟ้าเคยวัดกันเป็น «mho» — โอห์มกลับหลัง — และเขียนด้วยโอเมกาคว่ำ ชื่อนี้เชื่อว่าเป็นของวิลเลียม ทอมสัน และอยู่ยงมากว่าแปดสิบปี: คู่มือหลอดสุญญากาศเต็มไปด้วยมิลลิ mho
การประชุมใหญ่ครั้งที่สิบสี่รับรองซีเมนส์ คาตัล และโมล อันเป็นการปิดรายชื่อหน่วยอนุพัทธ์ที่มีชื่อเฉพาะ ซีเมนส์กลายเป็นหน่วย SI หน่วยเดียวที่ตั้งตามชื่อนักธุรกิจ ไม่ใช่ตามชื่อนักวิทยาศาสตร์เพียงอย่างเดียว
ในจุดสัมผัสระหว่างตัวนำสองชิ้น สภาพนำไฟฟ้าเปลี่ยนเป็นขั้น ๆ ซึ่งเป็นพหุคูณของควอนตัม 77.48 ไมโครซีเมนส์ แต่ละขั้นหมายถึงมีช่องทางเปิดให้อิเล็กตรอนเพิ่มอีกหนึ่งช่อง — ขีดจำกัดที่พ้นไปแล้วสภาพนำไฟฟ้าก็เลิกเป็นปริมาณต่อเนื่อง
ชื่อเดียวกันตกไปอยู่กับสองหน่วยที่ต่างกัน ห่างกันร้อยปี
ในปี 1860 แวร์เนอร์ ซีเมนส์ เสนอมาตรฐานของความต้านทาน — ลำปรอทยาวหนึ่งเมตร หน้าตัดหนึ่งตารางมิลลิเมตร — และเรียกกันว่า «หน่วยซีเมนส์» มันเท่ากับ 0.9536 ของโอห์มปัจจุบัน และเป็นมาตราใช้งานของนักโทรเลขในภาคพื้นทวีปอยู่ราวหนึ่งในสี่ของศตวรรษ ยี่สิบปีต่อมาที่ประชุมเลือกโอห์มแทน ซึ่งขนาดต่างออกไปเล็กน้อย และในปี 1971 การประชุมใหญ่ครั้งที่สิบสี่ก็มอบชื่อซีเมนส์ให้แก่หน่วยของสภาพนำไฟฟ้า — คือปริมาณที่เป็นส่วนกลับของสิ่งที่เขาเขียนถึงนั่นเอง ความแปลกอยู่ตรงนี้: นักธุรกิจเสนอหน่วยของความต้านทาน แต่ชื่อของเขากลับไปตกอยู่กับส่วนกลับของมัน
สารบัญ · หน่วยวัด
แผ่นข้อมูลสำหรับทุกปริมาณ
หน่วยฐานเอสไอเจ็ดหน่วย หน่วยอนุพัทธ์ที่มีชื่อเฉพาะยี่สิบสองหน่วย และหน่วยนอกระบบที่ทั้งงานช่างและชีวิตประจำวันขาดไม่ได้ แต่ละหน่วยมีแผ่นของตน คือ นิยาม การแปลงหน่วย เครื่องมือ และกฎการเขียน ใน 36 ภาษา
หน่วยอนุพัทธ์เอสไอที่มีชื่อเฉพาะ
เปิดแผ่นข้อมูลของซีเมนส์อยู่หน่วยฐานเอสไอ
สีดินเผาคือสี่หน่วยที่ประกอบกันขึ้นเป็นซีเมนส์สภาพนำไฟฟ้าในการเขียนแบบอื่น
ภาษาของแผ่นข้อมูล
36 ภาษา สัญลักษณ์ S เป็นสากล แต่ความกระด้างของน้ำไม่ใช่: องศาเยอรมัน ฝรั่งเศส อังกฤษ และมิลลิกรัมต่อลิตร — แผ่นข้อมูลปรับให้เข้ากับธรรมเนียมท้องถิ่น