проводимость в чем измеряется

Проводимость — это способность среды пропускать через себя поток (электрический заряд, тепло, воду и т. п.), численно выражаемая величиной, обратной сопротивлению соответствующему виду переноса. В электротехнике различают проводимость цепи G (единица — сименс, S) и удельную электропроводность материалов σ (единица — S/м). В смежных областях используют собственные «проводимости»: теплопроводность λ (Вт/(м·К)), гидравлическую проводимость K (м/с) и др.

Виды проводимости и их единицы ⚡🔧💧🌡️

В разных дисциплинах термин «проводимость» относится к переносам различной природы. Ниже — сопоставление величин, символов и единиц измерения.

Величина	Символ	Определение (по смыслу)	Единица СИ	Практические единицы	Пример величины
Электрическая проводимость цепи	G	Обратная электрическому сопротивлению: G = 1/R	Сименс (S)	мС, мкС; исторически мхо (℧)	LED-лампа: ~5–20 мС
Удельная электропроводность (твёрдые, металлы)	σ	Способность материала проводить ток: j = σ·E	Сименс на метр (S/м)	МС/м (металлы), кС/м	Медь: ~5.96×107 S/м
Электропроводность раствора (специфическая)	κ	Проводимость единицы длины и поперечного сечения	S/м	мкС/см, мС/см	Питьевая вода: 50–1500 мкС/см
Молярная проводимость (растворы)	Λm	Проводимость, отнесённая к концентрации	S·м²/моль	S·см²/моль	KCl при беск. разб.: ~149.9 S·см²/моль
Теплопроводность	λ	Плотность теплового потока при градиенте температуры	Вт/(м·К)	—	Сталь: ~16–50 Вт/(м·К), воздух: ~0.026
Гидравлическая проводимость	K	Способность пористой среды пропускать воду	м/с	м/сут	Песок: 10-4–10-3 м/с
Гидротрансмиссивность	T	Проводимость слоя по толщине: T = K·b	м²/с	м²/сут	Водоносные горизонты: 10-4–10-2 м²/с
Удельное электрическое сопротивление (для сравнения)	ρ	Обратное σ: ρ = 1/σ	Ом·м (Ω·м)	мкΩ·см	Медь: ~1.68×10-8 Ω·м

Электрическая проводимость цепи G (S) 🔌

Проводимость элемента цепи определяют как G = 1/R. Единица — сименс (S), где 1 S = 1/Ω. Префиксы: мС (10^-3 S), мкС (10^-6 S), нС (10^-9 S). В старой литературе встречается «мхо» (℧) — обратный ом.

Измеряют G косвенно через сопротивление омметром или мостовыми схемами; для малых сопротивлений используют четырёхпроводную схему (Кельвина). Для элементов в параллели проводимости суммируются: G_экв = ΣG_i; для последовательного соединения суммируются сопротивления.

Удельная электропроводность σ и проводимость растворов κ 💧

Удельная электропроводность σ (твёрдые тела) и κ (растворы) характеризуют «материал», а не конкретный кусок цепи. Эти величины зависят от температуры и состава. В растворах часто используют единицу мкС/см; связь с СИ такова: 1 мкС/см = 1×10^-4 S/м (поскольку 1 см = 0.01 м).

Приборы: кондуктометры с ячейкой, у которой есть постоянная ячейки C (1/м). Связь: κ = G·C. Калибровку проводят по эталонным растворам KCl при 25 °C.

Температурная поправка и стандарты 🌡️

Проводимость растворов существенно возрастает с температурой (типично 1.5–3 %/°C). Для сопоставимости значений их пересчитывают к 25 °C по линейной или более точной модели: κ(25) ≈ κ(T)/[1 + α·(T − 25)], где α — температурный коэффициент, зависящий от состава.

Обозначения и единицы согласованы в ISO 80000-6 и IEC 60027; методики калибровки ячеек — в руководствах ASTM D1125, ГОСТ Р 8.615, метрологических документах по кондуктометрии.

Молярная проводимость Λm и связь с концентрацией 🧪

Молярная проводимость Λ_m = κ / c (если c в моль/м³), единица S·м²/моль. В аналитической химии часто применяют S·см²/моль. На бесконечном разведении Λ_m стремится к сумме предельных ионных проводимостей (закон Кольрауша).

Теплопроводность λ и другие «неэлектрические» проводимости 🌍

Теплопроводность λ измеряется в Вт/(м·К) и описывает способность материала проводить тепло (закон Фурье: q = −λ·∇T). В гидрогеологии «проводимость» означает способность среды пропускать воду: гидравлическая проводимость K (м/с) и производная от неё трансмиссивность T (м²/с). Несмотря на различную физическую природу, структура размерностей аналогична: поток пропорционален градиенту «потенциала» и коэффициенту проводимости.

Частые единицы и пересчёты 🔁

• 1 S = 1 Ω^-1; 1 мС = 10^-3 S; 1 мкС = 10^-6 S.
• 1 мкС/см = 1×10^-4 S/м; 1 мС/см = 0.1 S/м; 1 S/м = 10 000 мкС/см.
• σ и κ — величины «на материал»; G — на конкретный элемент. Не путайте σ (S/м) и G (S).
• ρ = 1/σ (Ω·м); R = ρ·L/A; отсюда G = σ·A/L.

Приборы и методики измерения 🧰

• G и R: омметры, мосты (Уитстона, Кельвина), LCR-метры с переменной частотой для реактивных нагрузок.
• κ (растворы): кондуктометры с платиновыми/графитовыми датчиками, бесконтактные индуктивные датчики для агрессивных сред.
• λ: стационарные/нестационарные методы (плоский зонд, «горячая нить», лазерная флэш-методика).
• K: лабораторные столбовые испытания, полевые насосные пробы, пермеаметры.

Мини-примеры и снипы расчётов

# Пример 1: во что измеряется и пересчёт
# Дан G = 25 мС. Это 0.025 S (единица СИ — сименс).
# Эквивалентное сопротивление: R = 1/G = 40 Ω.

# Пример 2: переход мкС/см → S/м
kappa = 750  # μS/cm
kappa_S_per_m = kappa * 1e-4  # = 0.075 S/m

# Пример 3: от удельной электропроводности к проводимости образца
sigma = 4.8e7    # S/m (алюминий)
L = 0.5          # m (длина)
A = 2e-6         # m² (сечение 2 мм²)
G = sigma * A / L  # ≈ 192 S  → R ≈ 5.2 mΩ

# Нормативы (для справок, без ссылок):
# ISO 80000-6: Величины и единицы. Электричество и магнетизм.
# IEC 60027: Обозначения единиц и величин.
# ASTM D1125: Стандартные методы измерения электрической проводимости воды.
# ГОСТы в области метрологии кондуктометрии и калибровки ячеек.

Типичные диапазоны и ориентиры 📊

Металлы обладают очень высокой σ (10⁶–10⁸ S/м), полупроводники — от 10^-6 до 10⁴ S/м, диэлектрики — ниже 10^-10 S/м. Чистая вода при 25 °C имеет κ ~0.055 мкС/см, питьевая — десятки–тысячи мкС/см, морская — ~50 мС/см. Теплопроводность: газов ~0.02–0.1 Вт/(м·К), полимеров ~0.1–0.5, бетона ~1–2, металлов десятки–сотни. Единица СИ для электрической проводимости всегда сименс (S), а для электропроводности материалов — S/м.

FAQ по смежным вопросам

1) Чем «проводимость цепи» отличается от «электропроводности материала»?

Проводимость цепи G (S) относится к конкретному элементу и зависит от его геометрии и материала. Электропроводность σ (S/м) — свойство материала; для образца G = σ·A/L.

2) Почему в одних источниках пишут κ, а в других σ для растворов?

В физике твёрдых тел обычно σ — электропроводность. В электрохимии для растворов часто используют κ (kappa), чтобы не смешивать с σ. Обе величины измеряются в S/м.

3) Как влияет частота измерения на проводимость?

Для металлов в низкочастотном диапазоне влияние мало. В растворах и диэлектриках на высокой частоте проявляются поляризация и ёмкостные эффекты; поэтому кондуктометры работают на фиксированной частоте (обычно 1–10 кГц) и задают стандартные условия.

4) Как перевести электропроводность воды в TDS (мг/л)?

Используют эмпирический коэффициент: TDS ≈ f·κ(мкС/см), где f ~0.5–0.9 в зависимости от ионного состава. Точное преобразование возможно только через анализ ионов; TDS не является фундаментальной единицей СИ.

5) Почему важна температура 25 °C?

Это международная опорная температура для отчёта κ и σ. Проводимость обычно приводится к 25 °C с использованием температурного коэффициента, иначе сравнение будет некорректным.

6) Что такое «мхо» и почему им не пользуются?

«Мхо» (mho, символ ℧) — историческое название единицы, обратной ому. В СИ принята единица «сименс» (S); «мхо» встречается только в старой литературе.

7) Как измерить очень низкую проводимость (ультрачистая вода, диэлектрики)?

Нужны экранирование, тщательная чистота ячейки, большой путь тока, переменный ток для подавления поляризации и точная температурная стабилизация; часто применяются бесконтактные методы и гвардирование.