西門子
海洋學家把探頭從船舷放入水中,測的不是鹽,而是電流。探頭的電極之間通有交流電,儀器根據電流的大小判斷水中含有多少鹽。海水的導電能力比實驗室純水機制出的水強幾百萬倍。自 1978 年起,海洋鹽度正是這樣測定的。
電導是電阻的倒數。電阻表示導體對電流的阻礙有多大,電導則表示電流通過它有多容易。一西門子就是 1 V 電壓驅動 1 A 電流時的電導。克耳文勳爵曾提議把這個單位叫作「姆歐」(mho):就是把「歐姆」(ohm)倒過來讀。
| 記號 | S |
| 定義 | 安培每伏特 · A/V · Ω⁻¹ · kg⁻¹·m⁻²·s³·A² |
| 參考值 | 電導量子 2e²/h — 77.480 917 µS · KCl 溶液 0.01 mol/L — 25 °C 時 1413 µS/cm · 1 S = 1 ℧ |
| 引入 | 姆歐,℧ — 1883 年起 · 西門子 1971 年起納入國際單位制,第十四屆國際計量大會 |
| 標準 | ISO 80000-6 · ISO 7888 · IEC 60746-3 · SI Brochure 9th ed. |
| 典型值 | 5.5 µS/m — 超純水 · 5.3 S/m — 海水 · 60 MS/m — 銅 |
01 · 定義
每伏特一安培
電導 G 等於導體兩端電壓為一伏特時流過它的電流。它是電阻的倒數:1 kΩ 的導體就是 1 mS,1 Ω 的導體就是 1 S。凡是電流同時走幾條路徑的地方,用西門子計算都很方便。並聯支路的電導直接相加。
在金屬中,電流由電子攜帶;在水中,由溶解的鹽的離子攜帶。純水幾乎不導電,但每加一撮鹽都會增加離子。所以根據水的電導就能判斷其中含有多少鹽。為此要用電導率:一小塊物質的電導,再按它的長度和面積折算。
為什麼並聯時相加的是西門子,而不是歐姆
一個 10 V 電池給四個並聯電阻供電。每條支路都可以接通或斷開。紅點表示支路中的電流,支路的電導越大,紅點跑得越快。每條支路的電流等於它的電導乘以 10 V,各支路電流相加。因此電導也相加,而總電阻則要通過分數來計算。
水質儀表測的是兩個電極之間的電導,顯示的卻是電導率。為此它把西門子數除以電導池常數,即電極間距與電極面積之比。在電極面積 1 cm²、間距 1 cm 的電導池中,兩個數相同,只是單位不同:µS 和 µS/cm。如果把電極間距拉大一倍,電導會減半,而電導率保持不變。
為什麼鹽能導電,糖卻不能
左邊是電導率儀,它的探頭插在一個 200 mL 的杯子裡。儀器在兩個鉑電極之間施加交流電壓並測量電流。紅點是鈉離子和其他金屬離子,藍點是氯離子和酸根離子。電壓每改變一次方向,離子就轉向另一個電極。用上方的勺子可以加鹽或加糖。杯子下面的電熱板可以加熱或冷卻水。右邊的放大鏡顯示,離子身邊裹著一層水分子,隨它一起移動。場景中的交流電壓放慢了一千倍。
選擇一種水,再往裡加鹽。
02 · 換算
| 單位 | 數值 | 常見於何處 |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
姆歐(℧)正好等於一西門子。美國技術文獻中至今仍能見到它。
水的電導率寫作 µS/cm。1 µS/cm = 0.1 mS/m = 100 µS/m — 這是同一個電導率。
TDS 筆顯示的是以 mg/L 為單位的 TDS。這不是測量值,而是換算值:把電導率乘以 0.5—0.7。
03 · 數量級
04 · 測量儀器
05 · 書寫規則
06 · 相鄰單位
07 · 歷史部分
自 1978 年起,海洋鹽度按 PSS-78 標度測定。它是兩個電導率之比:水樣的電導率與氯化鉀溶液(每公斤水含 32.4356 g)的電導率之比,均在 15 °C 下測量。比值等於一時,鹽度為 35。為了校驗鹽度計,密封的標準海水安瓿被寄往世界各地。每一批都標有它的 K₁₅ 比值。
普通電導率儀用 KCl 溶液校驗。0.01 mol/L 的溶液在 25 °C 時為 1413 µS/cm。水溫每升高一度,電導率約增加 2 %。因此儀器會把讀數換算到 25 °C,記錄中則寫下兩個數:測量值和溫度。
一滴酸改變果汁的顏色,鹽為火焰染色,水被輕敲一下就結冰。下面是 Simetrium 的全部頁面,按學科和字母順序排列。
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