電導率

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電阻物質的兩端接有導線。

电导率英语electric conductivity)是表示物质传输电流能力强弱的一种測量值。當施加電壓導體的兩端時,其電荷載子會呈現朝某方向流動的行為,因而產生電流。電導率 \sigma\,\! 是以歐姆定律定義為電流密度 \mathbf{J}\,\!電場強度 \mathbf{E}\,\! 的比率:

\mathbf{J} = \sigma \mathbf{E}\,\!

有些物質會有異向性 (anisotropic) 的電導率,必需用 3 X 3 矩陣來表達(使用數學術語,第二階張量,通常是對稱的)。

電導率是电阻率 \rho\,\!倒數。在國際單位制中的單位是西門子/公尺 (S·m-1):

\sigma = {1\over\rho}\,\!

電導率儀 (electrical conductivity meter) 是一種是用來測量溶液電導率的儀器。

电传导性[编辑]

电传导性 (electric conductivity) 是物质可以传导电子的性质。按物质是否具有电传导性,可把物质分为导体半导体绝缘体

  • 導體:金屬电解质溶液,一般有很高的電導率,很低的電阻率。
  • 絕緣體:像玻璃、干燥的木材塑料橡胶真空這類物質的電導率很低,電阻率很高。
  • 半導體:電導率在導體和絕緣體之間。在不同的狀況下,電導率會有很大的變化。例如,暴露於電場或某種頻率的光波,最重要地,溫度和半導體材料的成份。

固態半導體的摻雜程度會造成電導率很大的變化。增加摻雜程度會造成高電導率。溶液的電導率高低跟其內含溶質濃度有關,或其它會分解為電解質的化學雜質。水樣本的電導率是測量水的含鹽成分、含離子成分、含雜質成分等等的重要指標。水越純淨,電導率越低(電阻率越高)。水的電導率時常以電導係數來紀錄;電導係數是水在 25°C 溫度的電導率。

一些物質的電導率[编辑]

物質 電導率 

(S·m-1)

溫度

(°C)

註記
63.01 × 106 20 所有金屬中電導率(以及熱導率)最高的物質
59.6 × 106 20
退火 58.0 × 106 20 一般是指 100% IACS 或 100% 國際退火銅標準
45.2 × 106 20 時常用為電路板電子元件電連接器 (electrical connector) 材料
37.8 × 106 20
海水 4.788 20 在平均鹽度為 4.8(S·m-1) ,溫度為 20(°C) 狀況的平均電導率。詳細資料請參閱英國國家物理實驗室國家標準資料
飲用水 0.0005 至 0.05 這是一般高品質飲用水的電導率值域,並不是水品質指標
去離子水 5.5 × 10-6[1] 假若水內不含氣體,則改變數值為 1.2 × 10-4[1]

複電導率[编辑]

假若物質處於隨時間而變的電場,則電導率為複數(對於各向異性物質,電導率為複矩陣),稱為導納率 (admittivity) 。這方法可以應用於電阻抗斷層成像 (electrical impedance tomography) ,一種工業或醫學成像

另外一種計算交流的方法使用實值的電導率(跟時間有關)和實值的電容率。電導率越大,物質會越快吸收交流訊號,物質越不透明

電導率與溫度的關係[编辑]

電導率與溫度紧密相關。金屬的電導率隨著溫度的增高而降低。半導體的電導率隨著溫度的增高而增高。在一段溫度值域內,電導率可以被近似為與溫度成正比。為了要比較物質在不同溫度狀況的電導率,必須設定一個共同的參考溫度。電導率與溫度的相關性,時常可以表達為,電導率對上溫度線圖的斜率,用方程式寫為

\sigma_{T'} = {\sigma_T \over 1 + \alpha (T - T')}\,\!

其中,T'\,\! 是參考溫度,T\,\! 是測量溫度, \sigma\,\! 是物質的電導率,\alpha\,\! 是物質的溫度補償斜率

最常見的水的溫度補償斜率大約為 2 %/°C 。但是,它可以在 (1 to 3) %/°C 值域之間。這數值與地球化學有關,可以很容易地在實驗室裡測量出來。

在非常低溫的狀況(在絕對零度附近),有些物質的電導率會變得非常高。稱這現象為超導現象

參考文獻[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 參閱 J. Phys. Chem. B 2005, 109, 1231-1238 特別是第 1235 頁。請注意,這資料的數值單位是 S/cm,不是 S/m,兩者相差 100 倍。

參閱[编辑]