Johtokyky: Mitä se on? (Määritelmä, yksiköt ja kaava)

Mikä on johtokyky?

Konduktanssi (tunnetaan myös nimellä sähkönjohtavuus) määritellään aineen potentiaaliksi johtaa sähköä. Johtavuus on mitta, kuinka helposti sähkövirta (eli varauksen virtaus) voi kulkea materiaalin läpi. Johtavuus on sähkövastuksen käänteisluku (tai käänteisluku), joka esitetään muodossa 1/R.

Johtokyvyn ymmärtämiseksi paremmin on muistettava esineen vastus. Laadullisessa mielessä resistanssi kertoo, kuinka vaikeaa sähkövirran on kulkea. Kvantitatiivisessa mielessä kahden pisteen välinen resistanssi voidaan määritellä jännite-erona, joka tarvitaan kuljettamaan yksikkövirta kahden määritellyn pisteen läpi.

Kappaleen resistanssi esitetään jonkin kohteen yli kulkevan jännitteen ja sen läpi kulkevan virran suhteena. Resistanssi mitataan ohmeina. Komponentin johtavuus määrittää, kuinka nopeasti virta voi kulkea komponentissa. Johtavuus mitataan Siemensissä (S).

Johtavuuden kaava ja mittayksiköt

Elektroniikassa johtavuus on piirilaitteen tietyllä jännitteellä tuottaman virran mitta. Tyypillisesti merkitään kirjaimella G, konduktanssi on resistanssin käänteisluku, R. Kaavan määrittelemiseksi on sovellettava Ohmin lakia, jonka mukaan josta R voidaan laskea

(1)

Sana johtavuus on tämän lausekkeen vastakohta. Se ilmaistaan virran ja jännitteen suhteena.

(2)

Johtokyky ilmaistaan G:nä ja mittayksikkönä oli ”mho”. Myöhemmin muutaman vuoden kuluttua tutkijat korvasivat yksikön ”Siemensillä”, jota merkittiin kirjaimella S. Kun tarkastellaan resistanssin ja konduktanssin välistä suhdetta – konduktanssi on resistanssin käänteisluku (eli 1/resistanssi), kuten alla on esitetty:

(3)

Miten konduktanssi lasketaan?

Johtokyky voidaan laskea resistanssin, virran, jännitteen ja johtavuuden avulla.

Esimerkiksi tietylle piirielementille, jonka resistanssi on , määritetään johtokyvyn arvo. Tiedämme

(4)

Substituoimalla annetun R:n arvo ja johtavuuden arvo saadaan

Seuraavana esimerkkinä on sähköpiiri, jossa 5V:n tulo synnyttää 0,3A:n virran johtimen pituuteen. Ohmin lain mukaan V=IR, josta resistanssi voidaan laskea seuraavasti

(5)

Konduktanssi on resistanssin käänteisluku. Niinpä,

(6)

(7)

Korvattaessa i:n ja v:n arvot saadaan johtokyvyn arvoksi 0,06 Siemens

Johtokyky voidaan laskea johtokyvystä. Oletetaan, että annetaan lanka, jonka pyöreän poikkileikkauksen säde on r ja pituus L ja jonka materiaalin resistiivisyysarvo tunnetaan, jolloin langan johtavuus G voidaan määrittää. G:n ja välinen suhde on

(8)

jossa

Jos esimerkiksi on olemassa rautatanko, jonka säde on 0,001 metriä ja pituus 0,1 metriä, lasketaan tangon johtavuus. Oletetaan, että raudan Siemens/m. Pinta-ala lasketaan :n avulla :ksi. Tekemällä lisäsubstituutio saadaan johtavuudeksi 324 Siemens.

Johtavuus

Johtavuudella tarkoitetaan materiaalin kykyä siirtää energiaa ja se on yksi ominaisominaisuus, jota käytetään kuvaamaan materiaalien sähkömagneettisia ominaisuuksia. Se kvantifioi aineen vaikutusta virran kulkuun sähkökentän vaikutuksesta. Se ymmärretään myös materiaaliominaisuudeksi, joka määrittää johtavan virran tiheyden vasteena sovelletulle sähkökentälle. Johtimen johtavuus riippuu useista tekijöistä, kuten sen muodosta, mitoista ja materiaalin ominaisuudesta, jota kutsutaan johtavuudeksi.

Johtavuus ilmaistaan muodossa ja mitataan Siemensinä metriä kohti. Vastuksen vastakohta on johtavuus. Koska resistanssi on virran kulun vastakohta, johtavuus on se virran määrä, jonka materiaali voi johtaa. Esimerkiksi matalaresistanssinen materiaali on hyvin johtavaa ja päinvastoin. Johtavuus tunnetaan myös nimellä ominaisjohtavuus. On olemassa erilaisia johtavuuden tyyppejä, nimittäin sähköinen, terminen, ioninen ja akustinen.

Johtavuus vs. johtavuus

Määrää, jolla tietty materiaali johtaa sähköä, kutsutaan johtavuudeksi. Se lasketaan materiaalissa olevan virrantiheyden ja virran virtauksen synnyttävän sähkökentän suhteena. Se laskee energiamäärän, joka voi todella liikkua järjestelmän läpi, kuten sähköpiirissä. Kappaleen kykyä siirtää lämpöä, ääntä tai sähköä kutsutaan johtavuudeksi.

Johtokyky kertoo, missä määrin kappale johtaa sähköä Siemensin yksiköissä ilmaistuna. Se mitataan virtaavan virran ja olemassa olevan potentiaalieron suhteena. Se riippuu johtimen mitoista. Johtavuus tarkoittaa materiaalin tai aineen läpi siirtyvän energian määrää.

Sähkönjohtavuuden mittauksen sovellukset

Sähkönjohtavuus ja maatalous

Maaperän sähkönjohtavuuden tunteminen on erittäin tärkeää viljelykasvien terveyden ja kasvun kannalta, kun kyse on maataloudesta. Maanviljelijät sekä viljelijät ovat usein huolissaan maaperän fosfaattien, nitraattien, kalsiumin ja kaliumin seurannasta, koska nämä ravinteet ovat välttämättömiä kasvien menestyksekkäälle kasvulle.

Maaperän sähkönjohtavuuden (EC) tarkistaminen auttaa viljelijöitä pitämään kirjaa kaikista maaperässä olevista ravinteista. EC voi osoittaa maaperässä olevien ravinteiden määrän ja auttaa viljelijöitä määrittämään, tarvitseeko heidän maaperänsä lisää ravinteita vai onko ravinteita liikaa. Käyttämällä antureita maaperän näennäisen sähkönjohtavuuden (EC) arvioimiseksi voidaan voittaa nämä rajoitukset.

Sähkönjohtavuus ja vedenkäsittely

Sähkönjohtavuudella (EC) on suuri merkitys veden laadun eri sovelluksissa. Jäteveden käsittelyssä EC:tä arvioidaan sen varmistamiseksi, että lähtevän jäteveden suolapitoisuus vastaa vesistöä, johon se johdetaan. Veden, jonka suolapitoisuus on erittäin korkea tai matala, päästäminen voi vaikuttaa haitallisesti vesieliöiden terveyteen.

Sähkönjohtavuus ja galvanointikylpy

Sähkönjohtavuus voi vaikuttaa myös galvanoitaviin vesiin, ja se on yleinen tarkastuskohde esimerkiksi ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, autoteollisuudessa ja koruteollisuudessa. Metallien huuhtelukylpyjä käytetään myös poistamaan jäännöskemikaaleja pinnoitetuista esineistä. Tällöin vastavirtahuuhtelut auttavat vähentämään syntyvää jätevettä.

Pinnoitusprosessin johtavuuden mittaaminen tässä vaiheessa ratkaisee, tarvitaanko lisää vettä ja pitääkö se huuhdella sisään. Johtavuusmittauksia voidaan käyttää hyödyllisten teollisuuskohtaisten mittausten, kuten liuenneiden kiintoaineiden kokonaismäärän (TDS) ja suolapitoisuuden, tuottamiseen