زیمنس (Siemens - S) برای رسانایی الکتریکی (Conductance) ( $ \text{S} = \Omega^{-1} $ )، در فیزیک (Physics)
انواع واحدها (Unit) را در آموزش زیر شرح دادیم :
زیمنس (Siemens - S) برای رسانایی الکتریکی (Conductance) ( $ \text{S} = \Omega^{-1} $ ) :
Siemens یکای رسانایی الکتریکی در سیستم SI است و به نام ورنر فون زیمنس، صنعتگر و مخترع آلمانی، نام گذاری شده است. یک زیمنس برابر است با رسانایی یک قطعه که اگر اختلاف پتانسیل یک ولت به دو سر آن اعمال شود، جریانی برابر یک آمپر از آن عبور کند:
\[ 1\,\text{S} = 1\,\text{A}/\text{V} = 1\,\Omega^{-1} \].
رسانایی (Conductance) عکس مقاومت است:
\[ G = \frac{1}{R} \]. بنابراین هرچه رسانایی بیشتر باشد، جریان راحت تر از مدار عبور می کند.
زیمنس قبلا با نام "مو" (mho) نیز شناخته می شد که عکس کلمه اهم (ohm) بود. اما امروزه نام رسمی آن زیمنس است.
رسانایی به خواص ماده، ابعاد و دما بستگی دارد. رسانندگی (رسانایی ویژه) ماده با σ نشان داده می شود که عکس مقاومت ویژه ρ است:
\[ \sigma = \frac{1}{\rho} \]. واحد σ زیمنس بر متر (S/m) است.
\[ G = \frac{I}{V} \quad \text{(تعریف رسانایی)} \qquad \sigma = \frac{1}{\rho} \quad \text{(رسانندگی)} \]فلزات رسانندگی بالایی دارند. برای مثال، رسانندگی مس حدود
\[ 5.96 \times 10^7 \]S/m است. یعنی یک قطعه مس به طول ۱ متر و سطح مقطع ۱ متر مربع، رسانایی حدود ۶۰ میلیون زیمنس دارد! (البته چنین قطعه عظیمی عملی نیست.)
در مقابل، عایق ها رسانندگی بسیار ناچیزی دارند (از مرتبه
\[ 10^{-15} \]S/m). آب خالص نیز رسانایی کمی دارد، اما آب نمک به دلیل یون ها رسانای خوبی است.
مثال: اگر مقاومت یک قطعه ۱۰۰ اهم باشد، رسانایی آن G = 1/100 = 0.01 زیمنس (یا ۱۰ میلی زیمنس) است.
در مدارهای موازی، رسانایی معادل جمع رسانایی ها است:
\[ G_{eq} = G_1 + G_2 + ... \]. این به این دلیل است که مقاومت معادل در موازی کاهش می یابد.
در الکتروشیمی، رسانایی محلول های الکترولیت بر حسب زیمنس اندازه گیری می شود. دستگاه های رسانایی سنج (conductivity meter) برای اندازه گیری خلوص آب یا غلظت نمک به کار می روند.
رسانایی نیمه رساناها با افزودن ناخالصی (doping) قابل کنترل است. این اصل اساس ساخت دیودها و ترانزیستورها است.
در فیزیک، رسانایی با تحرک حامل ها (mobility) و چگالی آنها رابطه دارد:
\[ \sigma = n e \mu \]که n چگالی الکترون ها، e بار الکترون و μ تحرک است.
زیمنس در مهندسی برق و الکترونیک برای بیان رسانایی قطعات و مواد کاربرد دارد. هرچند که معمولا استفاده از مقاومت (اهم) رایج تر است، اما در برخی محاسبات، به ویژه در مدارهای موازی، رسانایی ساده تر است.
رسانایی با دما تغییر می کند. در فلزات با افزایش دما، رسانایی کاهش می یابد (زیرا مقاومت افزایش می یابد). در نیمه رساناها، با افزایش دما، رسانایی افزایش می یابد.
ابررساناها در دماهای بسیار پایین، رسانایی بی نهایت (و مقاومت صفر) دارند. در این حالت، زیمنس به سمت بی نهایت می رود.
به طور خلاصه، زیمنس یکای استاندارد برای سنجش سهولت عبور جریان از یک ماده یا مدار است.
