Simen
Đơn vị dẫn xuất SI · đại lượng: độ dẫn điện
01 · Định nghĩa
Một siemens là độ dẫn của một đoạn có điện trở một ôm. Trong đơn vị này không có vật lý mới, chỉ có sự tiện lợi khi viết: các độ dẫn song song cộng lại đơn giản, còn các điện trở thì phải tính qua nghịch đảo. Vì vậy người ta nói bằng siemens ở nơi mọi thứ mắc song song — trong điện hóa nói về dung dịch, trong sinh lý học nói về màng, trong điện tử nói về hỗ dẫn của tranzito.
Chính điều đó biện minh cho đơn vị. Khi mắc song song, các điện trở phải gộp qua nghịch đảo, còn các độ dẫn thì cộng lại đơn giản như những dòng điện ở một nút; tính một mạng lưới phức tạp bằng siemens rốt cuộc chỉ còn là phép cộng. Địa hạt thứ hai là dung dịch. Độ dẫn điện của nước tỉ lệ với lượng muối hòa tan, và toàn bộ việc xử lý nước, từ bể cá đến nhà máy điện hạt nhân, đều đo nó bằng micrôsiemens trên centimét. Trong nước tinh khiết, độ dẫn do chính sự phân li của nó quyết định và nằm ở khoảng năm phần trăm micrôsiemens trên centimét — giới hạn mà không phép cất nào xuống thấp hơn.
Ba điện trở ba ôm mắc song song cho một ôm — nhưng đi tới đó qua các điện trở nghĩa là cộng ba phân số rồi lật kết quả. Bằng siemens thì cũng việc ấy làm nhẩm được: một phần ba cộng một phần ba cộng một phần ba là một. Phương pháp điện thế nút dựa chính vào đó: ẩn số là điện thế các nút, hệ số là độ dẫn các nhánh; ma trận ra đối xứng và giải số được mà không cần một phân số nào. Các tính toán lưới điện được tiến hành đúng bằng siemens, và chỉ đáp số cuối cùng mới quy về ôm.
02 · Quy đổi
Nhập một độ dẫn — phiếu sẽ lật nó thành điện trở
Mối liên hệ với ôm là nghịch đảo, nên bảng lấy đơn vị chia cho giá trị. Mho và «ôm nghịch đảo» là cùng một siemens dưới những tên cũ, có mặt trong sổ tay đến những năm bảy mươi.
Máy đo độ dẫn không đo độ dẫn điện của dung dịch mà đo độ dẫn của chính bình đo của nó; vì thế trong phiếu của cảm biến có ghi hằng số bình: tỉ số giữa khoảng cách các điện cực và diện tích của chúng. Nhân số siemens đo được với hằng số ấy tính bằng centimét nghịch đảo sẽ ra micrôsiemens trên centimét. Với nước tinh khiết người ta lấy bình có hằng số nhỏ, với nước biển thì hằng số lớn, nếu không máy sẽ ra ngoài dải đo.
| Đơn vị | Tên | Giá trị | Gặp ở đâu |
|---|---|---|---|
| S | siemens, đơn vị SI | 1 | đơn vị xuất phát của phiếu này |
| mS | milisiemens | 1000 | đoạn quen thuộc trong điện hóa |
| µS | micrôsiemens | 1000000 | trên centimét — lối viết làm việc của các phòng thí nghiệm |
| nS | nanôsiemens | 10⁹ | ở đây độ dẫn đã thành vướng víu chứ không còn hữu ích |
| kS | kilôsiemens | 0,001 | điện trở tụt xuống micrôôm |
| Ω | ôm, điện trở | 1 | một đại lượng nghịch đảo, không phải đơn vị khác |
| kΩ | kilôôm | 0,001 | bốn chữ số sau dấu phẩy — đó đã là micrôsiemens |
| ℧ | mho, ôm ngược lại | 1 | vẫn thứ ấy dưới cái tên cũ |
| abS | absiemens, CGS-EM | 10⁻⁹ | một tỉ siemens trong một đơn vị |
| statS | siemens của hệ CGS-ES | 8,988·10¹¹ | nhỉnh hơn một picôsiemens một chút |
| đvị Siem. | đơn vị Siemens 1860 | 0,9536 | cột thủy ngân dài một mét |
| 2e²/h | lượng tử độ dẫn | 12906 | là số chính xác từ năm 2019 |
| S | simen | 1 | đơn vị xuất phát của phiếu này |
Mối liên hệ với ôm là nghịch đảo, nên bảng lấy đơn vị chia cho giá trị: các độ dẫn song song cộng lại, các điện trở thì không
03 · Bậc độ lớn
từ chất cách điện đến siêu dẫnMột siemens: đoạn có điện trở một ôm
04 · Dụng cụ đo
Độ dẫn được đo bằng gì
Nó cho dòng xoay chiều của chính mình chạy qua dung dịch và tính độ dẫn theo định luật Ôm. Dòng một chiều không dùng được: nó phân hủy nước và phủ lên điện cực các sản phẩm điện phân, nên nguồn nuôi bao giờ cũng là xoay chiều, thường ở một kilôhec.
Dung dịch đi qua hai lõi hình xuyến: cái thứ nhất cảm ứng trong chất lỏng một dòng vòng, cái thứ hai thu lấy nó. Các điện cực hoàn toàn không chạm vào môi trường, nên cảm biến làm việc được trong axit, kiềm và nước thải bẩn, nơi những tấm điện cực thường sẽ hỏng trong một tháng.
Từ năm 1978 độ mặn của đại dương được xác định không phải bằng phân tích hóa học mà bằng đo độ dẫn cùng với nhiệt độ và áp suất. Thang độ mặn thực dụng được định nghĩa qua tỉ số giữa độ dẫn của mẫu và độ dẫn của dung dịch chuẩn kali clorua, và vì thế là không thứ nguyên.
Độ dẫn của một cầu dày một nguyên tử không biến đổi trơn tru mà theo từng bậc, là bội của lượng tử 77,48 micrôsiemens. Giá trị chỉ phụ thuộc hằng số Planck và điện tích electron, còn bản thân hiệu ứng thì được quan sát bằng cách kéo một sợi vàng cho đến khi đứt.
05 · Quy tắc viết
Chữ S hoa — nếu không thì là giây
Ở đây chữ hoa hay chữ thường gánh toàn bộ: S là siemens, s là giây. Tên đơn vị trong tiếng Nga không đổi theo số: «năm siemens», chứ không phải «các siemens», vì đó là một họ. Đến năm 1971 cùng đại lượng ấy còn được gọi là «mho» — ôm đọc ngược, với ký hiệu lộn ngược ℧. Cái tên trụ gần một thế kỷ và đến nay vẫn gặp trong tài liệu tiếng Anh về tranzito, nơi hỗ dẫn được cho bằng milimho. Độ dẫn riêng của dung dịch viết bằng S/m, nhưng thực hành phòng thí nghiệm bám chắc lấy µS/cm: nó nhỏ hơn một trăm lần và các con số ra thuận tiện hơn.
Ký hiệu tiếng Nga là См, với С hoa. Đến năm 1971 đơn vị được gọi là «mho» — ôm đọc ngược — và viết bằng chữ omega lộn ngược ℧; lối viết đã bị bãi bỏ chính thức, nhưng vẫn gặp trong sổ tay về đèn điện tử và trong tài liệu tiếng Anh về tranzito, nơi hỗ dẫn đôi khi vẫn được cho bằng milimho. Độ dẫn riêng của dung dịch thường được biểu diễn bằng micrôsiemens trên centimét chứ không phải trên mét: hệ số giữa hai lối viết là một trăm, và nhầm lẫn ở đó cho một sai số khiến nước nồi hơi dễ bị coi là đạt trong khi không đạt.
06 · Các đơn vị lân cận
Siemens và ôm là một đại lượng nhìn từ hai phía. Trong mạch xoay chiều, đại lượng nghịch đảo của trở kháng gọi là dẫn nạp và cũng được đo bằng siemens.
Lượng tử độ dẫn là nghịch đảo của một nửa hằng số von Klitzing: hai con số ấy mô tả cùng một giới hạn lượng tử từ hai phía. Trong số các phiếu của Simetrium kề bên siemens là ôm như đại lượng nghịch đảo, ampe s vôn từ định nghĩa, mol trên lít cho dung dịch và fara từ phần kháng của dẫn nạp.
07 · Phần lịch sử
Ôm đọc ngược lại
Siemens đã dựng đường điện báo từ Petersburg đến Krym và chiếc tàu điện đầu tiên. Đơn vị độ dẫn mang tên ông — và nó là nghịch đảo của ôm.
Độ dẫn từng được đo bằng «mho» — ôm ngược lại — và viết bằng chữ omega lộn ngược. Cái tên được cho là của William Thomson, và nó trụ hơn tám mươi năm: sổ tay đèn điện tử đầy những milimho.
Hội nghị Toàn thể lần thứ mười bốn đã thông qua siemens, katal và mol, khép lại danh sách các đơn vị dẫn xuất có tên riêng. Siemens hóa ra là đơn vị SI duy nhất mang tên một nhà kinh doanh chứ không riêng một nhà khoa học.
Trong tiếp xúc điểm giữa hai vật dẫn, độ dẫn thay đổi theo những bước nhảy là bội của lượng tử 77,48 micrôsiemens. Mỗi bậc nghĩa là mở thêm một kênh cho electron — giới hạn mà vượt qua nó độ dẫn thôi không còn là đại lượng liên tục.
Cùng một cái tên rơi vào hai đơn vị khác nhau, cách nhau một trăm năm
Năm 1860 Werner Siemens đề nghị một chuẩn điện trở — cột thủy ngân dài một mét, tiết diện một milimét vuông — và người ta gọi nó là «đơn vị Siemens». Nó bằng 0,9536 ôm ngày nay và suốt một phần tư thế kỷ là thước đo làm việc của những người điện báo trên lục địa. Hai mươi năm sau đại hội chọn ôm thay cho nó, hơi khác về độ lớn. Rồi năm 1971 Hội nghị Toàn thể lần thứ mười bốn trao tên Siemens cho đơn vị độ dẫn — đúng cái đại lượng nghịch đảo của cái mà ông đã viết. Điều lạ nằm chính ở đó: một nhà kinh doanh đề nghị đơn vị điện trở, còn tên ông lại rơi vào nghịch đảo của nó.
Danh mục · đơn vị đo
Mỗi đại lượng một phiếu
Bảy đơn vị cơ bản của SI, hai mươi hai đơn vị dẫn xuất có tên riêng, và những đơn vị ngoài hệ mà cả kỹ thuật lẫn đời thường đều không thể thiếu. Mỗi đơn vị một tờ riêng: định nghĩa, quy đổi, dụng cụ, quy tắc viết. Bằng 36 ngôn ngữ.
Đơn vị dẫn xuất SI có tên riêng
phiếu của siemens đang mởĐơn vị cơ bản của SI
màu đất nung — bốn đơn vị làm nên siemensĐộ dẫn trong những lối viết khác
Ngôn ngữ của phiếu
36 ngôn ngữ. Ký hiệu S mang tính quốc tế, còn độ cứng của nước thì không: độ Đức, độ Pháp, độ Anh và miligam trên lít — phiếu đưa chúng về thông lệ địa phương.