西门子
海洋学家把探头从船舷放入水中,测的不是盐,而是电流。探头的电极之间通有交流电,仪器根据电流的大小判断水中含有多少盐。海水的导电能力比实验室纯水机制出的水强几百万倍。自 1978 年起,海洋盐度正是这样测定的。
电导是电阻的倒数。电阻表示导体对电流的阻碍有多大,电导则表示电流通过它有多容易。一西门子就是 1 V 电压驱动 1 A 电流时的电导。开尔文勋爵曾提议把这个单位叫作“姆欧”(mho):就是把“欧姆”(ohm)倒过来读。
| 记号 | S |
| 定义 | 安培每伏特 · A/V · Ω⁻¹ · kg⁻¹·m⁻²·s³·A² |
| 参考值 | 电导量子 2e²/h — 77.480 917 µS · KCl 溶液 0.01 mol/L — 25 °C 时 1413 µS/cm · 1 S = 1 ℧ |
| 引入 | 姆欧,℧ — 1883 年起 · 西门子 1971 年起纳入国际单位制,第十四届国际计量大会 |
| 标准 | ISO 80000-6 · ISO 7888 · IEC 60746-3 · SI Brochure 9th ed. |
| 典型值 | 5.5 µS/m — 超纯水 · 5.3 S/m — 海水 · 60 MS/m — 铜 |
01 · 定义
每伏特一安培
电导 G 等于导体两端电压为一伏特时流过它的电流。它是电阻的倒数:1 kΩ 的导体就是 1 mS,1 Ω 的导体就是 1 S。凡是电流同时走几条路径的地方,用西门子计算都很方便。并联支路的电导直接相加。
在金属中,电流由电子携带;在水中,由溶解的盐的离子携带。纯水几乎不导电,但每加一撮盐都会增加离子。所以根据水的电导就能判断其中含有多少盐。为此要用电导率:一小块物质的电导,再按它的长度和面积折算。
为什么并联时相加的是西门子,而不是欧姆
一个 10 V 电池给四个并联电阻供电。每条支路都可以接通或断开。红点表示支路中的电流,支路的电导越大,红点跑得越快。每条支路的电流等于它的电导乘以 10 V,各支路电流相加。因此电导也相加,而总电阻则要通过分数来计算。
水质仪表测的是两个电极之间的电导,显示的却是电导率。为此它把西门子数除以电导池常数,即电极间距与电极面积之比。在电极面积 1 cm²、间距 1 cm 的电导池中,两个数相同,只是单位不同:µS 和 µS/cm。如果把电极间距拉大一倍,电导会减半,而电导率保持不变。
为什么盐能导电,糖却不能
左边是电导率仪,它的探头插在一个 200 mL 的杯子里。仪器在两个铂电极之间施加交流电压并测量电流。红点是钠离子和其他金属离子,蓝点是氯离子和酸根离子。电压每改变一次方向,离子就转向另一个电极。用上方的勺子可以加盐或加糖。杯子下面的电热板可以加热或冷却水。右边的放大镜显示,离子身边裹着一层水分子,随它一起移动。场景中的交流电压放慢了一千倍。
选择一种水,再往里加盐。
02 · 换算
| 单位 | 数值 | 常见于何处 |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
姆欧(℧)正好等于一西门子。美国技术文献中至今仍能见到它。
水的电导率写作 µS/cm。1 µS/cm = 0.1 mS/m = 100 µS/m — 这是同一个电导率。
TDS 笔显示的是以 mg/L 为单位的 TDS。这不是测量值,而是换算值:把电导率乘以 0.5—0.7。
03 · 数量级
04 · 测量仪器
05 · 书写规则
06 · 相邻单位
07 · 历史部分
自 1978 年起,海洋盐度按 PSS-78 标度测定。它是两个电导率之比:水样的电导率与氯化钾溶液(每千克水含 32.4356 g)的电导率之比,均在 15 °C 下测量。比值等于一时,盐度为 35。为了校验盐度计,密封的标准海水安瓿被寄往世界各地。每一批都标有它的 K₁₅ 比值。
普通电导率仪用 KCl 溶液校验。0.01 mol/L 的溶液在 25 °C 时为 1413 µS/cm。水温每升高一度,电导率约增加 2 %。因此仪器会把读数换算到 25 °C,记录中则写下两个数:测量值和温度。
一滴酸改变果汁的颜色,盐给火焰染色,水被轻敲一下就结冰。下面是 Simetrium 的全部页面,按学科和字母顺序排列。
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