Меню

Удельная электрическая проводимость проводника единица измерения



Удельная проводимость

Удельная проводимость

Уде́льная проводи́мость (уде́льная электропрово́дность) — мера способности вещества проводить электрический ток. (Точнее следует говорить об электропроводности среды, т.к. не имеется в виду обязательно химически чистое вещество; эта величина различна для разных веществ или смесей, сплавов и т.п.). В линейном изотропном веществе плотность возникающего тока прямо пропорциональна электрическому полю (см. Закон Ома) Удельной проводимостью называют величину, обратную удельному сопротивлению.

  • σ — удельная проводимость,
  • — вектор плотности тока,
  • — вектор напряжённости электрического поля.

В неоднородной среде σ может зависеть (и в общем случае зависит) от координат, т.е. не совпадает в различных точках проводника.

В анизотропных средах формула остаётся той же, но σ является тензором 2 ранга, и векторы плотности тока и напряжённости поля, вообще говоря, не коллинеарны.

Величина, обратная удельной проводимости, называется удельным сопротивлением.

  • Вообще говоря, линейное соотношение, написанное выше, верно в лучшем случае приближённо, причём приближение это хорошо только для сравнительно малых значений E. Впрочем, и при тех значениях E, когда отклонения от линейности есть, но не слишком велики, удельная электропроводность может сохранять свою роль в качестве коэффициента при линейном члене разложения.

В системе СИ удельная электропроводность измеряется в сименсах на метр (См/м) или в Ом −1 ·м −1 . В СГСЭ единицей удельной электропроводности является обратная секунда (с −1 ).

Удельная проводимость некоторых веществ

Удельной проводимостью называют величину, обратную удельному сопротивлению. (см. удельное сопротивление).

Удельная проводимость при температуре 20 °C:

вещество См/м
платина 5 800 000
золото 43 470 000
серебро 62 500 000
медь 58 800 000
алюминий 36 000 000
иридий 21 090 000
молибден 18 500 000
вольфрам 18 180 000
цинк 16 940 000
никель 11 500 000
железо чистое 10 000 000
иридий 9 350 000
олово 8 330 000
сталь литая 7 690 000
свинец 4 810 000
нейзильбер 3 030 000
константан 2 000 000
манганин 2 330 000
ртуть 1 040 000
нихром 893 000
графит 125 000
вода морская 3
земля влажная 10 −2
вода дистилл. 10 −4
мрамор 10 −8
Сжиженные углеводородные газы 1.2*10 −10
стекло 10 −11
фарфор 10 −14
кварцевое стекло 10 −16
янтарь 10 −18

Источник данных: Кухлинг Х. Справочник по физике. Пер. с нем., М.: Мир, 1982, стр. 475 (табл. 39); значения удельной проводимости вычислены из удельного сопротивления и округлены до 3 значащих цифр.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Удельная проводимость» в других словарях:

удельная проводимость — Величина, характеризующая электропроводность вещества, скалярная для изотропного вещества и тензорная для анизотропного вещества, произведение которой на напряженность электрического поля равно плотности электрического тока проводимости. [ГОСТ Р… … Справочник технического переводчика

удельная проводимость — объемная удельная электрическая проводимость (для изотропного вещества); объекмная удельная проводимость; удельная проводимость; отрасл. электропроводность Скалярная величина, характеризующая электропроводность вещества и равная отношению… … Политехнический терминологический толковый словарь

удельная проводимость — savitasis laidis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. conductivity; electrical conductivity; specific conductivity vok. spezifischer Leitwert, m rus. удельная проводимость, f; удельная электропроводность, f pranc. conductibilité… … Automatikos terminų žodynas

удельная проводимость — savitasis laidis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dydis, atvirkščiai proporcingas savitajai varžai, t. y. γ = 1/ρ; čia ρ – savitoji varža. Matavimo vienetas – simensas metrui: S/m. atitikmenys: angl. conductivity vok.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

удельная проводимость — savitasis laidis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. conductivity vok. spezifische Leitfähigkeit, f; spezifischer Leitwert, m rus. удельная проводимость, f pranc. conductivité, f … Fizikos terminų žodynas

удельная проводимость Н-катионированной пробы — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN cation conductivityCC … Справочник технического переводчика

удельная проводимость бурового раствора — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN conductivity of mud … Справочник технического переводчика

удельная проводимость окаймляющей зоны — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN conductivity of annulus … Справочник технического переводчика

удельная проводимость плазмы — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN plasma conductivity … Справочник технического переводчика

Читайте также:  Единицы измерения код 744

Источник

Электропроводность

Электропроводность (электри́ческая проводи́мость, проводимость) — способность тела (среды) проводить электрический ток, свойство тела или среды, определяющее возникновение в них электрического тока под воздействием электрического поля. Также физическая величина, характеризующая эту способность и обратная электрическому сопротивлению [1] .

В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения электрической проводимости является сименс (русское обозначение: См; международное: S), определяемый как 1 См = 1 Ом −1 , то есть, как электрическая проводимость участка электрической цепи сопротивлением 1 Ом [2] .

Также термин электропроводность (электропроводность среды, вещества) применяется для обозначения удельной электропроводности (см. ниже).

Под электропроводностью подразумевается способность проводить прежде всего постоянный ток (под воздействием постоянного поля), в отличие от способности диэлектриков откликаться на переменное электрическое поле колебаниями связанных зарядов (переменной поляризацией), создающими переменный ток. Ток проводимости практически не зависит от частоты приложенного поля (до определенных пределов, в области низких частот).

Электропроводность среды (вещества) связана со способностью заряженных частиц (электронов, ионов), содержащихся в этой среде, достаточно свободно перемещаться в ней. Величина электропроводности и ее механизм зависят от природы (строения) данного вещества, его химического состава, агрегатного состояния, а также от физических условий, прежде всего таких, как температура.

Содержание

Удельная электропроводность

Удельной электропроводностью (удельной проводимостью) называют меру способности вещества проводить электрический ток. Согласно закону Ома в линейном изотропном веществе удельная проводимость является коэффициентом пропорциональности между плотностью возникающего тока и величиной электрического поля в среде:

σ <\displaystyle \sigma >— удельная проводимость, J → <\displaystyle <\vec >>— вектор плотности тока, E → <\displaystyle <\vec >>— вектор напряжённости электрического поля.

  • Электрическая проводимость G однородного проводника длиной L с постоянным поперечным сечением площадью S может быть выражена через удельную проводимость вещества, из которого сделан проводник:

G = σ S L . <\displaystyle G=\sigma <\frac >.>

  • В системе СИ удельная электропроводность измеряется в сименсах на метр (См/м) или в Ом −1 ·м −1 . В СГСЭ единицей удельной электропроводности является обратная секунда (с −1 ).

В неоднородной среде σ может зависеть (и в общем случае зависит) от координат, то есть не совпадает в различных точках проводника.

Удельная проводимость анизотропных (в отличие от изотропных) сред является, вообще говоря, не скаляром, а тензором (симметричным тензором ранга 2), и умножение на него сводится к матричному умножению:

J i = ∑ k = 1 3 σ i k E k , <\displaystyle J_=\sum \limits _^<3>\sigma _\,E_,>

при этом векторы плотности тока и напряжённости поля в общем случае не коллинеарны.

Для любой линейной среды можно выбрать локально (а если среда однородная, то и глобально) т. н. собственный базис — ортогональную систему декартовых координат, в которых матрица σ i k <\displaystyle \sigma _> становится диагональной, то есть приобретает вид, при котором из девяти компонент σ i k <\displaystyle \sigma _> отличными от нуля являются лишь три: σ 11 <\displaystyle \sigma _<11>> , σ 22 <\displaystyle \sigma _<22>> и σ 33 <\displaystyle \sigma _<33>> . В этом случае, обозначив σ i i <\displaystyle \sigma _> как σ i <\displaystyle \sigma _> , вместо предыдущей формулы получаем более простую

J i = σ i E i . <\displaystyle J_=\sigma _E_.>

Величины σ i <\displaystyle \sigma _> называют главными значениями тензора удельной проводимости. В общем случае приведённое соотношение выполняется только в одной системе координат [3] .

Величина, обратная удельной проводимости, называется удельным сопротивлением.

Вообще говоря, линейное соотношение, написанное выше (как скалярное, так и тензорное), верно в лучшем случае [4] приближённо, причём приближение это хорошо только для сравнительно малых величин E . Впрочем, и при таких величинах E , когда отклонения от линейности заметны, удельная электропроводность может сохранять свою роль в качестве коэффициента при линейном члене разложения, тогда как другие, старшие, члены разложения дадут поправки, обеспечивающие хорошую точность.

Также в случае нелинейной зависимости J от E (то есть в общем случае) может явно вводиться дифференциальная удельная электропроводность, зависящая от E :

σ = d J / d E <\displaystyle \sigma =dJ/dE> (для анизотропных сред: σ i k = d J i / d E k <\displaystyle \sigma _=dJ_/dE_> ).

Электропроводность и носители тока

Электропроводность всех веществ связана с наличием в них носителей тока (носителей заряда) — подвижных заряженных частиц (электронов, ионов) или квазичастиц (например, дырок в полупроводнике), способных перемещаться в данном веществе на большое расстояние, упрощенно можно сказать, что имеется в виду что такая частица или квазичастица должна быть способна пройти в данном веществе сколь угодно большое, по крайней мере макроскопическое, расстояние, хотя в некоторых частных случаях носители могут меняться, рождаясь и уничтожаясь (вообще говоря, иногда, возможно, и через очень небольшое расстояние), и переносить ток, сменяя друг друга [5] .

Читайте также:  Как обнаружить другое измерение

Поскольку плотность тока определяется формулой

j → = q n v → c p . <\displaystyle <\vec >=qn<\vec >_> для одного типа носителей, где q — заряд одного носителя, n — концентрация носителей, vср. — средняя скорость их движения,

j → = ∑ i q i n i v → i c p . <\displaystyle <\vec >=\sum _q_n_<\vec >_> для более чем одного вида носителей, нумеруемых индексом i, принимающим значение от 1 до количества типов носителей, у каждого из которых может быть свой заряд (отличающийся величиной и знаком), своя концентрация, своя средняя скорость движения (суммирование в этой формуле подразумевается по всем имеющимся типам носителей),

то, учитывая, что (установившаяся) средняя скорость каждого типа частиц при движении в конкретном веществе (среде) пропорциональна приложенному электрическому полю (в том случае, когда движение вызвано именно этим полем, что мы здесь и рассматриваем):

v → c p . = μ E → , <\displaystyle <\vec >_=\mu <\vec >,>

где μ — коэффициент пропорциональности, называемый подвижностью и зависящий от вида носителя тока в данной конкретной среде [6] ,

видим, что для электропроводности справедливо:

σ = q n μ <\displaystyle \sigma =qn\mu >

σ = ∑ i q i n i μ i <\displaystyle \sigma =\sum _q_n_\mu _> для более чем одного вида носителей.

Механизмы электропроводности и электропроводность различных классов веществ

Электропроводность металлов

Ещё до открытия электронов было обнаружено, что протекание тока в металлах, в отличие от тока в жидких электролитах, не обусловлено переносом вещества металла. Эксперимент, который выполнил немецкий физик Карл Виктор Эдуард Рикке (Riecke Carl Viktor Eduard) в 1901 году, состоял в том, что через контакты различных металлов, — двух медных и одного алюминиевого цилиндра с тщательно отшлифованными торцами, поставленными один на другой, в течение года пропускался постоянный электрический ток. Затем исследовался состав материала вблизи контактов. Оказалось, что переноса вещества металла через границу не происходит и вещество по разные стороны границы раздела имеет тот же состав, что и до пропускания тока. Таким образом было показано, что перенос электрического тока осуществляется не атомами и молекулами металлов. Однако эти опыты не дали ответа на вопрос о природе носителей заряда в металлах [7] .

Связь с коэффициентом теплопроводности

Закон Видемана — Франца, выполняющийся для металлов при высоких температурах, устанавливает однозначную связь удельной электрической проводимости σ <\displaystyle \sigma > с коэффициентом теплопроводности K :

K σ = π 2 3 ( k e ) 2 T , <\displaystyle <\frac <\sigma >>=<\frac <\pi ^<2>><3>><\left(<\frac >\right)^<2>>T,>

где k — постоянная Больцмана, e — элементарный заряд. Эта связь основана на том факте, что как электропроводность, так и теплопроводность в металлах обусловлены движением свободных электронов проводимости.

Электропроводность растворов

Скорость движения ионов зависит от напряженности электрического поля, температуры, вязкости раствора, радиуса и заряда иона и межионного взаимодействия.

У растворов сильных электролитов наблюдается характер концентрационной зависимости электрической проводимости объясняется действием двух взаимнопротивоположных эффектов. С одной стороны, с ростом разбавления уменьшается число ионов в единице объёма раствора. С другой стороны, возрастает их скорость за счет ослабления торможения ионами противоположного знака.

Для растворов слабых электролитов наблюдается характер концентрационной зависимости электрической проводимости можно объяснить тем, что рост разбавления ведёт, с одной стороны, к уменьшению концентрации молекул электролита. В то же время возрастает число ионов за счёт роста степени ионизации.

В отличие от металлов (проводники 1-го рода) электрическая проводимость растворов как слабых, так и сильных электролитов (проводники 2-го рода) при повышении температуры возрастает. Этот факт можно объяснить увеличением подвижности в результате понижения вязкости раствора и ослаблением межионного взаимодействия

Электрофоретический эффект — возникновение торможения носителей вследствие того, что ионы противоположного знака под действием электрического поля двигаются в направлении, обратном направлению движения рассматриваемого иона

Релаксационый эффект — торможение носителей в связи с тем, что ионы при движении расположены асимметрично по отношению к их ионным атмосферам. Накопление зарядов противоположного знака в пространстве за ионом приводит к торможению его движения.

Читайте также:  Датчики для измерения температуры метеорология

При больших напряжениях электрического поля скорость движения ионов настолько велика, что ионная атмосфера не успевает образоваться. В результате электрофоретическое и релаксационное торможение не проявляется.

Удельная электропроводность некоторых веществ (таблица)

Удельная проводимость приведена при температуре +20 °C [8] :

вещество См/м
серебро 62 500 000
медь 59 500 000 [9]
золото 45 500 000
алюминий 38 000 000 [10]
магний 22 700 000
иридий 21 100 000
молибден 18 500 000
вольфрам 18 200 000
цинк 16 900 000
никель 11 500 000
железо чистое 10 000 000
платина 9 350 000
олово 8 330 000
сталь литая 7 690 000
свинец 4 810 000
нейзильбер 3 030 000
константан 2 000 000
манганин 2 330 000
ртуть 1 040 000
нихром 893 000
графит 125 000
вода морская 3
земля влажная 10 −2
вода дистилл. 10 −4
мрамор 10 −8
стекло 10 −11
фарфор 10 −14
кварцевое стекло 10 −16
янтарь 10 −18

См. также

Примечания

  1. Электропроводность (физич.) — статья из Большой советской энциклопедии
  2. Деньгуб В. М. , Смирнов В. Г. Единицы величин. Словарь-справочник. — М. : Издательство стандартов, 1990. — С. 105. — 240 с. — ISBN 5-7050-0118-5.
  3. ↑ В случае совпадения двух из трех собственных чисел σ i <\displaystyle \sigma _>, есть произвол в выборе такой системы координат (собственных осей тензора σ <\displaystyle \sigma >), а именно довольно очевидно, что можно произвольно повернуть её относительно оси с отличающимся собственным числом, и выражение не изменится. Однако это не слишком меняет картину. В случае же совпадения всех трех собственных чисел мы имеем дело с изотропной проводимостью, и, как легко видеть, умножение на такой тензор сводится к умножению на скаляр.
  4. ↑ Для многих сред линейное приближение является достаточно хорошим или даже очень хорошим для достаточно широкого диапазона величин электрического поля, однако существуют среды, для которых это совсем не так уже при весьма малых E .
  5. ↑ Впрочем, если речь идет об однородном веществе, как правило, если что-то подобное имеет место, проще описать коллективное возмущение как квазичастицу.
  6. ↑ Здесь мы для простоты не рассматриваем анизотропных кристаллов с тензорной подвижностью, считая μ скаляром; впрочем, при желании можно считать его тензором, понимая произведение μ E → <\displaystyle \mu <\vec >>в матричном смысле.
  7. ↑Элементарный учебник физики / Под ред. Г. С. Ландсберга. — М. : Наука, 1985. — Т. II. Электричество и магнетизм. — С. 194. — 479 с.
  8. Кухлинг Х. Справочник по физике. Пер. с нем., М.: Мир, 1982, стр. 475 (табл. 39); значения удельной проводимости вычислены из удельного сопротивления и округлены до 3 значащих цифр.
  9. В.Г.Герасимов, П.Г.Грудинский, Л.А.Жуков. Электротехнический справочник. В 3-х томах. Т.1 Общие вопросы. Электротехнические материалы / Под общей редакцией профессоров МЭИ. — 6-е изд.. — Москва: Энергия, 1980. — С. 353. — 520 с. — ISBN ББК 31.2.
  10. В.Г.Герасимов, П.Г.Грудинский, Л.А.Жуков. Электротехнический справочник. В 3-х томах. Т.1 Общие вопросы. Электротехнические материалы. / под общей редакцией профессоров МЭИ. — 6-е издание. — Москва: Энергия, 1980. — С. 364. — 520 с. — ISBN ББК 31.2.

Литература

  • А. Н. Матвеев. Электричество и магнетизм. (Первое изд. М.: Высшая школа, 1983. 463с.)
  • Ершов, Попков, Берлянд и др. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. — Изд. 8-е, стериотипное. — Москва: Высшая школа, 2010. — 559 с. — ISBN 978-5-06-006180-2.

Что такое wiki2.info Вики является главным информационным ресурсом в интернете. Она открыта для любого пользователя. Вики это библиотека, которая является общественной и многоязычной.

Основа этой страницы находится в Википедии. Текст доступен по лицензии CC BY-SA 3.0 Unported License.

Wikipedia® — зарегистрированный товарный знак организации Wikimedia Foundation, Inc. wiki2.info является независимой компанией и не аффилирована с Фондом Викимедиа (Wikimedia Foundation).

Источник