Elektrická vodivost

Elektrická vodivost Elektrická vodivost charakterizuje schopnost materiálu procházet elektrickým proudem. Klíčové údaje

SI jednotky	siemens na metr (S m -1 )
Ostatní jednotky	(Ω m) -1
Dimenze	M -1 · L -3 · T 3 · I 2{\ displaystyle \,}{\ displaystyle \,}{\ displaystyle \,}{\ displaystyle \,}
Příroda	Velikost skalární intenzivní
Obvyklý symbol	σ{\ displaystyle \ sigma}
Odkaz na jiné velikosti	σ{\ displaystyle \ sigma}= · /G{\ displaystyle G}L{\ displaystyle L}S{\ displaystyle S}

Elektrická vodivost charakterizuje schopnost materiálu nebo řešení umožňující, že elektrické náboje se volně pohybovat a tak umožňují průchod elektrického proudu .

Fyzikální princip

Elektrická vodivost je inverzní hodnota odporu . Vodivost homogenního materiálu se rovná vodivosti válcového vodiče vyrobeného z tohoto materiálu, děleného jeho průřezem a vynásobeného jeho délkou.

Mezi nejlepší vodiče elektřiny patří:

• na kovy (jako je stříbro , je měď , na zlato , je rtuť nebo hliníku ), pro které jsou nosiče náboje jsou „  elektrony uvolnit“;
• na řešení z elektrolytů (s ionty v roztoku). U druhého jmenovaného závisí hodnota vodivosti na povaze iontů přítomných v roztoku a na jejich koncentracích. Vodivost roztoku lze měřit pomocí měřiče vodivosti .

Některé materiály, jako polovodiče , mají vodivost, která závisí na dalších fyzikálních podmínek, jako je teplota nebo světelné expozice ,  atd Tyto vlastnosti se stále více používají k výrobě senzorů .

Pokud vodivost závisí na směru, vyjadřuje se jako vektorová veličina ( CEI ).

Jednotka

V SI se vodivost měří v Sm -1 ( siemens na metr), ale nejčastěji měření vodivostí dává výsledek v mS.cm -1 ( milisiemens na centimetr).

Běžné použití

Jeho jednotka v mezinárodním systému jednotek (SI), široce používaná v chemii , je siemens na metr (1  S / m = 1  A 2 · s 3 · m -3 · kg -1 ). Je to poměr hustoty proudu k amplitudě elektrického pole. Je to opak toho odporu . Symbolem obecně používaným pro označení vodivosti je řecké písmeno sigma  : σ , které se mění s materiály od 108  S m -1 do 10 −22  S m -1 .

V dokonalém vodiči má σ sklon k nekonečnu.

Jiná použití vodivosti

V oblasti elektrostatiky a magnetostatiky se obecně používá elektrická vodivost vyjádřená v (Ω.m) -1 . Jednotka σ je homogenní s jednotkou, pokud je siemens homogenní s Ω -1 . y{\ displaystyle \ gamma \,}y{\ displaystyle \ gamma}

Vodivost vodného roztoku umožňuje odhadnout jeho náboj v iontech, obvykle se vyjadřuje v µS / cm.

Výraz

Zákon Nernst-Einstein umožňuje vypočítat vodivost podle jiných základních parametrů materiálu:

σ=DZ2E2VSkBT{\ displaystyle \ sigma = {\ frac {DZ ^ {2} e ^ {2} C} {k _ {\ rm {B}} T}}}

nebo

• D{\ displaystyle D} : difúzní koeficient uvažovaných nabitých druhů;
• Z{\ displaystyle Z} : počet poplatků přepravovaných druhy;
• E{\ displaystyle e} : základní náboj , tj. 1,602 × 10 −19  C  ;
• VS{\ displaystyle C} : molární koncentrace druhu v iontech / m3;
• kB{\ displaystyle k _ {\ rm {B}}} : Boltzmannova konstanta , to znamená přibližně 1,380 6 × 10 −23  J  K −1  ;
• T{\ displaystyle T} : absolutní teplota vyjádřená v kelvinech .

Vodivost iontových roztoků

Vodivost iontových roztoků je dána Kohlrauschovým zákonem . To má dvě formy, v závislosti na autorech.

Kohlrauschův zákon a ekvivalent poplatků

V chemii umožňuje Kohlrauschův zákon určit vodivost iontu i jako funkci jeho koncentrace:

σi=zi⋅λi⋅VSi,{\ displaystyle \ sigma _ {i} = z_ {i} \ cdot \ lambda _ {i} \ cdot C_ {i},}

s počtem nábojů iontu. Například pro síranový iont ). zi{\ displaystyle z_ {i}}zi=2{\ displaystyle z_ {i} = 2}TAK42-{\ displaystyle {\ mbox {SO}} _ {4} ^ {2-}}

a ekvivalentní iontovou vodivost iontu při uvažované koncentraci (tato hodnota skutečně závisí na koncentraci). Pojem „ekvivalent“ označuje, že vodivost souvisí s nábojem (1+ nebo 1-), a proto je nutné jej vynásobit počtem nábojů . Ekvivalentní iontové vodivosti je vyjádřeno v Sm 2 .eq -1 , na rozdíl od molární iontové vodivosti (viz níže), které je vyjádřeno v Sm 2 .mol -1 . λi{\ displaystyle \ lambda _ {i}}zi{\ displaystyle z_ {i}}

Pokud roztok není příliš koncentrovaný, ekvivalentní iontové vodivosti se berou stejně jako ekvivalentní iontové vodivosti při uvedeném nekonečném zředění . Tyto hodnoty jsou uvedeny v tabulce. Pokud není roztok koncentrovaný, nejsou iontové vodivosti obecně známy. λi{\ displaystyle \ lambda _ {i}}λi0{\ displaystyle \ lambda _ {i} ^ {0}}

Vodivost roztoku pak má následující obecnou formu:

σ=∑izi⋅λi⋅VSi{\ displaystyle \ sigma = \ součet _ {i} {z_ {i} \ cdot \ lambda _ {i} \ cdot C_ {i}}}

Kohlrauschův zákon a molární koncentrace

Kohlrauschův zákon je také vyjádřen následovně:

σi=λi⋅VSi,{\ displaystyle \ sigma _ {i} = \ lambda _ {i} \ cdot C_ {i},}

kde tato doba je iontová molární vodivost iontu při uvažované koncentraci. λi{\ displaystyle \ lambda _ {i}}

Molární iontová vodivost je charakteristická veličina z iontu , je příspěvek iontu k elektrické vodivosti roztoku. Závisí to zejména na koncentraci, teplotě, náboji a velikosti iontu. U slabě koncentrovaného roztoku se přidají vodivosti různých iontů v roztoku: λi{\ displaystyle \ lambda _ {i}}

σ=∑iσi{\ displaystyle \ sigma = \ součet _ {i} {\ sigma _ {i}}},

a vodivost pak má následující obecnou formu:

σ=∑iλi⋅VSi{\ displaystyle \ sigma = \ součet _ {i} {\ lambda _ {i} \ cdot C_ {i}}}

Poznámky a odkazy

1. Lexikografické a etymologické definice „vodivosti“ počítačové pokladnice francouzského jazyka , na webových stránkách Národního centra pro textové a lexikální zdroje , konzultovány 20. července 2015
2. 1 mS.cm -1 = 0,1 Sm -1

Podívejte se také

Bibliografie

• International Electrotechnical Commission , “Electromagnetism - Electromagnetic properties of materials” , in IEC 60050 - International Electrotechnical Vocabulary ( read online ) , str.  121-12-03 „vodivost“
• Richard Taillet , Loïc Villain a Pascal Febvre , slovník fyziky , Brusel, De Boeck,2013, str.  133 „vodivost“

Související články

• Vodivost (iontové roztoky)
• Vodivost skokem s proměnným rozsahem
• Elektrické vedení v krystalických oxidech
• Elektřina
• Nernst-Einsteinův zákon
• Ohmův zákon
• Odpor
• Polovodič
• Supravodivost

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">