电导率的影响因素
电导率,物理学概念,也可以称为导电率。在介质中该量与电场强度E之积等于传导电密度J。对于各向同性介质,电导率是标量;对于各向异性介质,电导率是张量。生态学中,电导率是以数字表示的溶液传导电的能力。单位以西门子每米(S/m)表示。
解释
电导率(conductivity)是用来描述物质中电荷动难易程度的参数。在公式中,电导率用希腊字母κ来表示。电导率σ的标准单位是西门子/米(简写做S/m),为电阻率ρ的倒数,即σ=1/ρ。
当1安培(1 A)电通过物体的横截面并存在1伏(1 V)电压时,物体的电导就是1 S。西门子实际上等效于1安培/伏。如果σ是电导(单位西门子),I是电(单位安培),E是电压(单位伏),则:σ = I/E
通常,当电压保持不变时,这种直电电路中的电与电导成比例关系。如果电导加倍,则电也加倍;如果电导减少到它初始值的1/10,电也会变为原来的1/10。这个规则也适用于许多低频率的交电系统,如家庭电路。在些交电电路中,尤其是在频电路中,情况就变得非常复杂,因为这些系统中的组件会存储和释放能量。
电导和电阻也有关系,如果R是个组件和设备的电阻(单位欧姆Ω),电导为G(单位西门子S),则:G = 1/R
影响因素
温度
电导率与温度具有很大相关性。金属的电导率随着温度的升而减小。半导体的电导率随着温度的升而增加。在段温度值域内,电导率可以被近似为与温度成正比。为了要物质在不同温度状况的电导率,设定个共同的参考温度。电导率与温度的相关性,时常可以表达为,电导率对上温度线图的斜率。
掺杂程度
固态半导体的掺杂程度会成电导率很大的变化。增加掺杂程度会成电导率增。水溶液的电导率低相依于其内含溶质盐的浓度,或其它会分解为电解质的化学杂质。水样本的电导率是测量水的含盐成分、含离子成分、含杂质成分等等的重要指标。水越纯净,电导率越低(电阻率越)。水的电导率时常以电导系数来纪录;电导系数是水在 25°C 温度的电导率。
各向异性
有些物质会有各向异性(anisotropy) 的电导率,* 3 X 3 矩阵来表达(使用数学术语,第2阶张量,通常是对称的)。
测量方法
电导率的测量通常是溶液的电导率测量。固体导体的电阻率可以通过欧姆定律和电阻定律测量。电解质溶液电导率的测量般采用交信号作用于电导池的两电板,由测量到的电导池常数K和两电板之间的电导G而求得电导率σ。
电导率测量中zui早采用的是交电桥法,它直接测量到的是电导值。zui常用的仪器设置有常数调节器、温度系数调节器和自动温度补偿器,在次仪表部分由电导池和温度传感器组成,可以直接测量电解质溶液电导率。
测量原理
电导率的测量原理是将相互平行且距离是固定值L的两块板(或圆柱电),放到被测溶液中,在板的两端加上定的电势(为了避免溶液电解,通常为正弦波电压,频率1~3 kHz)。然后通过电导仪测量板间电导。
电导率的测量需要两方面信息。个是溶液的电导G,另个是溶液的电导池常数Q。电导可以通过电、电压的测量得到。
根据关系式K=Q×G可以得到电导率的数值。这测量原理在直接显示测量仪表中得到广泛应用。
而Q= L/A
A--测量电的有效板面积
L--两板的距离
这值则被称为电常数。在电间存在均匀电场的情况下,电常数可以通过几何尺寸算出。当两个面积为1 cm的方形板,之间相隔1 cm组成电时,此电的常数Q=1 cm。如果用此对电测得电导值G=1000 μS,则被测溶液的电导率K=1000 μS/ cm。
般情况下,电常形成部分非均匀电场。此时,电常数用标准溶液行确定。标准溶液般都使用KCl溶液这是因为KCl的电导率的不同的温度和浓度情况下非常稳定,准确。0.1 mol/l的KCl溶液在25℃时电导率为12.88 mS/cm。
所谓非均匀电场(也称作杂散场,漏泄场)没有常数,而是与离子的种类和浓度有关。因此,个纯杂散场电是zui复杂的电,它通过次校准不能满足宽的测量范围的需要。