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什么是電導(dǎo)率?

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什么是電導(dǎo)率?什么是電導(dǎo)率?什么是電導(dǎo)率?

電導(dǎo)率,物理學概念,指在介質(zhì)中該量與電場強度之積等于傳導(dǎo)電流密度。對于各向同性介質(zhì),電導(dǎo)率是標量;對于各向異性介質(zhì),電導(dǎo)率是張量。生態(tài)學中,電導(dǎo)率是以數(shù)字表示的溶液傳導(dǎo)電流的能力。單位以每米毫西門子(mS/m)表示。

電導(dǎo)率的測量通常是溶液的電導(dǎo)率測量。固體導(dǎo)體的電阻率可以通過歐姆定律和電阻定律測量。電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的測量一般采用交流信號作用于電導(dǎo)池的兩電極板,由測量到的電導(dǎo)池常數(shù)K和兩電極板之間的電導(dǎo)G而求得電導(dǎo)率σ。

電導(dǎo)率測量中*早采用的是交流電橋法,它直接測量到的是電導(dǎo)值。*常用的儀器設(shè)置有常數(shù)調(diào)節(jié)器、溫度系數(shù)調(diào)節(jié)器和自動溫度補償器,在一次儀表部分由電導(dǎo)池和溫度傳感器組成,可以直接測量電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率。

一、電導(dǎo)率的測量原理電導(dǎo)率的測量原理是將相互平行且距離是固定值L的兩塊極板(或圓柱電極),放到被測溶液中,在極板的兩端加上一定的電勢(為了避免溶液電解,通常為正弦波電壓,頻率1~3kHz)。然后通過電導(dǎo)儀測量極板間電導(dǎo)。

電導(dǎo)率的測量需要兩方面信息。一個是溶液的電導(dǎo)G,另一個是溶液的幾何參數(shù)K。電導(dǎo)可以通過電流、電壓的測量得到。根據(jù)關(guān)系式S=K×G可以等到電導(dǎo)率的數(shù)值。這一測量原理在直接顯示測量儀表中得到廣泛應(yīng)用。

而K= L /A

A——測量電極的有效極板;

L——兩極板的距離;

這一值則被稱為電極常數(shù)。在電極間存在均勻電場的情況下,電極常數(shù)可以通過幾何尺寸算出。當兩個面積為1cm的方形極板,之間相隔1cm組成電極時,此電極的常數(shù)K=1cm。如果用此對電極測得電導(dǎo)值G=1000μs,則被測溶液的電導(dǎo)率K=1000μs/ cm。

一般情況下,電極常形成部分非均勻電場。此時,電極常數(shù)必須用標準溶液進行確定。標準溶液一般都使用KCl溶液這是因為KCl的電導(dǎo)率的不同的溫度和濃度情況下非常穩(wěn)定,準確。0.1mol/l的KCl溶液在25℃時電導(dǎo)率為12.88ms/cm。

所謂非均勻電場(也稱作雜散場,漏泄場)沒有常數(shù),而是與離子的種類和濃度有關(guān)。因此,一個純雜散場電極是*復(fù)雜的電極,它通過一次校準不能滿足寬的測量范圍的需要。

二、影響因素(1)溫度:電導(dǎo)率與溫度具有很大相關(guān)性。金屬的電導(dǎo)率隨著溫度的增高而降低。半導(dǎo)體的電導(dǎo)率隨著溫度的增高而增高。在一段溫度值域內(nèi),電導(dǎo)率可以被近似為與溫度成正比。為了要比較物質(zhì)在不同溫度狀況的電導(dǎo)率,必須設(shè)定一個共同的參考溫度。電導(dǎo)率與溫度的相關(guān)性,時??梢员磉_為,電導(dǎo)率對上溫度線圖的斜率。

(2)摻雜程度:固態(tài)半導(dǎo)體的摻雜程度會造成電導(dǎo)率很大的變化。增加摻雜程度會造成高電導(dǎo)率。水溶液的電導(dǎo)率高低相依于其內(nèi)含溶質(zhì)鹽的濃度,或其它會分解為電解質(zhì)的化學雜質(zhì)。水樣本的電導(dǎo)率是測量水的含鹽成分、含離子成分、含雜質(zhì)成分等等的重要指標。水越純凈,電導(dǎo)率越低(電阻率越高)。水的電導(dǎo)率時常以電導(dǎo)系數(shù)來紀錄;電導(dǎo)系數(shù)是水在 25°C 溫度的電導(dǎo)率。

(3)各向異性:有些物質(zhì)會有異向性 (anisotropic) 的電導(dǎo)率,必需用 3 X 3 矩陣來表達(使用數(shù)學術(shù)語,**階張量,通常是對稱的)。

三、中國的電導(dǎo)率基準中國和不少國家的電導(dǎo)率基準是以相對測量法建立的,是一種國家副基準。

將一種純度優(yōu)于99.99%的高純度氯化鉀作為符合國際推薦的電導(dǎo)率基準物質(zhì),由它所配制的基準溶液應(yīng)具有國際推薦電導(dǎo)率值。以25℃的溶液電導(dǎo)率為超始點,相應(yīng)地測出各個電導(dǎo)率常數(shù),然后按下式求出其他溫度的電導(dǎo)率常數(shù)K

K=K0(1-at)

式中,K0為0℃下電導(dǎo)池常數(shù);a為制作電導(dǎo)池所用玻璃線性膨脹系數(shù);t為溶液溫度,單位℃。

上式為近似推導(dǎo)結(jié)果,與考慮復(fù)雜情況時*多不會超過正負1xl0^(-5)的差別。再根據(jù)不同溫度下各溶液在相應(yīng)電導(dǎo)池上所實測到的電阻值,相應(yīng)地計算出各溶液在不同溫度下的電導(dǎo)率。因為電導(dǎo)池常數(shù)相對變化的溫度系數(shù)為-8.49x10^(-6)℃-1,而KCl溶液電導(dǎo)率的溫度系數(shù)大約為+2x10^(-2)℃-1。因此,假如1D、0.1D和0.01D溶液在18℃和20℃下所測得的電導(dǎo)率與國際推薦值—致,則可以認為這樣的相對測量方法是可靠的,這在以后的國際樣品比較中得到了驗證。其中20℃的國際推薦值是1972年和1976年IUPAC推薦值。

什么是電導(dǎo)率?