Konduktans: Vad är det? (Definition, enheter och formel)

Vad är konduktans?

Konduktans (även kallad elektrisk ledningsförmåga) definieras som ett ämnes potential att leda elektricitet. Konduktans är ett mått på hur lätt elektrisk ström (dvs. flöde av laddning) kan passera genom ett material. Konduktans är den omvända (eller reciproka) av det elektriska motståndet, representerat som 1/R.

För att få en bättre förståelse för konduktans måste man erinra sig motståndet hos ett objekt. I kvalitativ mening berättar motståndet hur svårt det är för en elektrisk ström att passera. Motståndet mellan två punkter kan i kvantitativ mening definieras som skillnaden i spänning som behövs för att föra en enhetsström över de två angivna punkterna.

Ett objekts motstånd representeras som förhållandet mellan spänningen över något och den ström som passerar genom det. Motståndet mäts i Ohms. Konduktansen hos en komponent är en bestämning av hur snabbt strömmen kan flöda i komponenten. Konduktansen mäts i Siemens (S).

Konduktansformel och måttenheter

I elektronik är konduktansen ett mått på den ström som genereras för en viss anlagd spänning av en kretsanordning. Vanligtvis betecknas konduktans med bokstaven G, konduktans är motståndets reciprok, R. För att definiera formeln måste vi tillämpa Ohms lag som anger att varifrån R kan beräknas som

(1)

Ordet konduktivitet är motsatsen till detta uttryck. Det uttrycks som förhållandet mellan ström och spänning.

(2)

Konduktans uttrycks som G och mätenheten var ”mho”. Senare, efter några år, ersatte forskarna enheten med ”Siemens” som betecknades med bokstaven S. När man tittar på motstånd kontra konduktans – konduktans är motsatsen till motstånd (dvs. 1/resistans), vilket visas nedan:

(3)

Hur beräknar man konduktans?

Konduktans kan beräknas med hjälp av motstånd, ström, spänning och konduktivitet.

För ett visst kretselement som har ett motstånd på , bestäm till exempel konduktansvärdet. Vi vet

(4)

Om man ersätter värdet av det givna R och värdet av konduktansen kan man få

Nästa exempel är en elektrisk krets, där en ingång på 5V genererar en ström på 0,3A i en trådlängd. Enligt Ohm’s lag är V=IR, varifrån motståndet kan beräknas som

(5)

Konduktansen är reciprok till motståndet. Så

(6)

(7)

Om man ersätter värdena för i och v kan man härleda värdet för konduktansen till 0,06 Siemens

Konduktansen kan beräknas från konduktiviteten. Om man antar att en tråd med ett runt tvärsnitt med radien r och längden L ges med ett känt resistivitetsvärde för trådmaterialet kan ledningens konduktivitet G bestämmas. Sambandet mellan G och är

(8)

varvid

Till exempel, om det finns en järnstång med en radie på 0,001 meter och en längd på 0,1 meter, beräkna stångens konduktans. Anta att av järn är Siemens/m. Arean beräknas med hjälp av som . Vid ytterligare substitution finner man att konduktansen är 324 Siemens.

Konduktivitet

Konduktivitet anger ett materials förmåga att överföra energi och är en av de karakteristiska egenskaper som används för att beskriva materialens elektromagnetiska egenskaper. Den kvantifierar materialets effekt på strömflödet som svar på ett elektriskt fält. Det är också en materialegenskap som bestämmer tätheten hos den ledande strömmen som svar på ett anbringat elektriskt fält. En ledares konduktivitet beror på flera faktorer, bland annat dess form, dimensioner och materialets egenskap som kallas konduktivitet.

Konduktivitet uttrycks som och mäts som Siemens per meter. Motsatsen till motstånd är konduktivitet. Eftersom motstånd är motsatsen till strömgenomströmning är konduktivitet den mängd ström som ett material kan leda. Ett material med låg resistans är till exempel mycket konduktivt och vice versa. Konduktivitet är också känt som specifik konduktivitet. Det finns olika typer av konduktivitet nämligen elektrisk, termisk, jonisk och akustisk.

Konduktivitet vs konduktans

Den grad i vilken ett visst material leder elektricitet kallas konduktivitet. Den beräknas som förhållandet mellan strömtätheten i materialet och det elektriska fält som ger upphov till strömflödet. Den beräknar hur mycket energi som faktiskt kan röra sig genom ett system som i den elektriska kretsen. Ett föremåls förmåga att överföra värme, ljud eller elektricitet kallas konduktivitet.

Konduktans talar om i vilken utsträckning ett föremål leder elektricitet, uttryckt i enheter av Siemens. Den mäts som förhållandet mellan den ström som flyter och den befintliga potentialskillnaden. Den beror på ledarens dimensioner. Konduktans hänvisar till mängden energi som överförs genom ett material eller ämne.

Tillämpningar av elektrisk konduktivitetsmätning

Elektrisk konduktivitet och jordbruk

Vetenskap om markens elektriska konduktivitet är oerhört viktigt för grödornas hälsa och tillväxt när det gäller jordbruksindustrin. Lantbrukare, liksom odlare, är ofta intresserade av att övervaka fosfater, nitrater, kalcium och kalium i jorden eftersom dessa näringsämnen är viktiga för en framgångsrik växttillväxt.

Kontroll av jordens elektriska konduktivitet (EC) hjälper odlare att hålla reda på alla näringsämnen i jorden. EC kan indikera antalet näringsämnen i jorden och hjälpa odlare att avgöra om deras jord behöver mer näringsämnen eller om det finns för många näringsämnen. Genom att använda sensorer för att bedöma markens synliga elektriska konduktivitet (EC) kan man övervinna dessa begränsningar.

Elektrisk konduktivitet och vattenbehandling

Elektisk konduktivitet (EC) spelar en viktig roll i olika tillämpningar av vattenkvalitet. Vid rening av avloppsvatten bedöms EC för att säkerställa att salthalten i det utgående avloppsvattnet motsvarar salthalten i den vattenförekomst som det släpps ut i. Utsläpp av vatten som har en extremt hög eller låg salthalt kan påverka hälsan hos vattenlevande organismer negativt.

Elektrisk konduktivitet och galvaniseringsbad

Konduktivitet kan också påverka galvaniserat vatten och är en vanlig kontroll i industrier som flyg- och rymdindustrin, bilindustrin och smycken. Metallsköljbad används också för att extrahera kvarvarande kemikalier från pläterade föremål. När detta sker hjälper motströmssköljningar till att mildra producerat avloppsvatten.

Mätning av pläteringsprocessens konduktivitet vid denna tidpunkt avgör om mer vatten krävs och måste spolas in. Mätningar av konduktiviteten kan användas för att ge användbara industrispecifika mätningar som t.ex. totalt lösta ämnen (TDS) och salthalt

.