為什么溫度對電導(dǎo)率的影響較大
日期：2025-04-30 19:27
瀏覽次數(shù)：8339
摘要：
為什么溫度對電導(dǎo)率的影響較大：
（1）英文：conductivity (or specific conductance)
（2）定義：電阻率的倒數(shù)為電導(dǎo)率，σ=1/ρ 。除非特別指明，電導(dǎo)率的測量溫度是標(biāo)準(zhǔn)溫度（ 25 °C ）。
?。?）單位：在國際單位制中,電導(dǎo)率的單位是西門子/米（S/m），其它單位有：s/cm，μs/cm。1S/m=0.01s/cm=10000μs/cm。
?。?）說明：電導(dǎo)率的物理意義是表示物質(zhì)導(dǎo)電的性能。電導(dǎo)率越大則導(dǎo)電性能越強(qiáng)，反之越小。另外，不少人將電導(dǎo)跟電導(dǎo)率混淆：電導(dǎo)是電阻的倒數(shù)，電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)。
[編輯本段]影響因素：
?。?）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，我們必須設(shè)定一個共同的參考溫度。電導(dǎo)率與溫度的相關(guān)性，時常可以表達(dá)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(xué)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(biāo)。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(jì)錄；電導(dǎo)系數(shù)是水在 25°C 溫度的電導(dǎo)率。
?。?）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(dá)（使用數(shù)學(xué)術(shù)語，**階張量，通常是對稱的）。
[編輯本段]測量方法
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。目前*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(bǔ)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。
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，通常為正弦波電壓電導(dǎo)儀與電極，頻率1～3kHz）。然后通過電導(dǎo)儀測量極板間電導(dǎo)。
電導(dǎo)率的測量需要弄清兩方面。一個是溶液的電導(dǎo)，另一個是溶液中1/A的幾何關(guān)系。電導(dǎo)可以通過電流、電壓的測量得到。這一測量原理在當(dāng)今直接顯示測量儀表中得到應(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(dāng)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-1。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(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行確定。標(biāo)準(zhǔn)溶液一般都使用KCl溶液這是因?yàn)镵Cl的電導(dǎo)率的不同的溫度和濃度情況下非常穩(wěn)定，準(zhǔn)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(zhǔn)不能滿足寬的測量范圍的需要。
電導(dǎo)電極的種類
電導(dǎo)電極一般分為二電極式和多電極式兩種類型。
二電極式電導(dǎo)電極是目前國內(nèi)使用*多的電導(dǎo)電極類型，實(shí)驗(yàn)式二電極式電導(dǎo)電極的結(jié)構(gòu)是將二片鉑片燒結(jié)在二平行玻璃片上，或圓形玻璃管的內(nèi)壁上，調(diào)節(jié)鉑片的面積和距離，就可以制成不同常數(shù)值的電導(dǎo)電極。通常有K=1、K=5、K=10等類型。而在線電導(dǎo)率儀上使用的二電極式電導(dǎo)電極常制成圓柱形對稱的電極。當(dāng)K=1時，常采用石墨，當(dāng)K=0.1、0.01時，材料可以是不銹鋼或鈦合金。
多電極式電導(dǎo)電極，一般在支持體上有幾個環(huán)狀的電極，通過環(huán)狀電極的串聯(lián)和并聯(lián)的不同組合，可以制成不同常數(shù)的電導(dǎo)電極。環(huán)狀電極的材料可以是石墨、不銹鋼、鈦合金和鉑金。
電導(dǎo)電極還有四電極類型和電磁式類型。四電極電導(dǎo)電極的優(yōu)點(diǎn)是可以避免電極極化帶來的測量誤差，在國外的實(shí)驗(yàn)式和在線電導(dǎo)率儀上較多使用。電磁式電導(dǎo)電極的特點(diǎn)是適宜于測量高電導(dǎo)率的溶液，一般用于工業(yè)電導(dǎo)率儀中，或利用其測量原理制成單組分的濃度計，如鹽酸濃度計、硝酸濃度計等。
電導(dǎo)電極常數(shù)
根據(jù)公式K=S/G，電極常數(shù)K可以通過測量電導(dǎo)電極在一定濃度的KCL溶液中的電導(dǎo)G來求得，此時KCL溶液的電導(dǎo)率S是已知的。
由于測量溶液的濃度和溫度不同，以及測量儀器的精度和頻率也不同，電導(dǎo)電極常數(shù)K有時會出現(xiàn)較大的誤差，使用一段時間后，電極常數(shù)也可能會有變化，因此，新購的電導(dǎo)電極，以及使用一段時間后的電導(dǎo)電極，電極常數(shù)應(yīng)重新測量標(biāo)定，電導(dǎo)電極常數(shù)測量時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1． 測量時應(yīng)采用配套使用的電導(dǎo)率儀，不要采用其它型號的電導(dǎo)率儀。
2． 測量電極常數(shù)的KCL溶液的溫度，以接近實(shí)際被測溶液的溫度為好。
3． 測量電極常數(shù)的KCL溶液的濃度，以接近實(shí)際被測溶液的濃度為好。
電導(dǎo)率的溫度補(bǔ)償
電導(dǎo)率測量是與溫度相關(guān)的。溫度對電導(dǎo)率的影響程度依溶液的不同而不同，可以用下面的公式求得：
Gt = Gtcal{1 + α(T-Tcal)}
其中：
Gt = 某一溫度（°C）下的電導(dǎo)率；
Gtcal = 標(biāo)準(zhǔn)溫度（°C）下的電導(dǎo)率；
Tcal = 溫度修正值；
α = 標(biāo)準(zhǔn)溫度（°C）下溶液的溫度系數(shù)。
下表列出了常用溶液的α值。要得到其他溶液的α值，只要測量某個溫度范圍內(nèi)的電導(dǎo)率，并以溫度為縱軸繪出相應(yīng)的電導(dǎo)率的變化曲線，與標(biāo)準(zhǔn)溫度相對應(yīng)的曲線點(diǎn)為該溶液的α值。
溶液
?。?5°C）
濃度 Alpha
(α)
鹽酸 10 wt% 1.56
氯化鉀溶液 10 wt% 1.88
硫酸 50 wt% 1.93
氯化鈉溶液 10 wt% 2.14
氫氟酸 1.5 wt% 7.20
硝酸 31 wt% 31.0
目前市場上所銷售的所有電導(dǎo)儀都可以參照標(biāo)準(zhǔn)溫度（通常為25°C）進(jìn)行調(diào)節(jié)的或自動溫度補(bǔ)償。大多數(shù)固定溫度補(bǔ)償?shù)碾妼?dǎo)儀的α調(diào)節(jié)為2%/°C（近似25°C時氯化鈉溶液的α）?？烧{(diào)節(jié)溫度補(bǔ)償?shù)碾妼?dǎo)儀可以把α調(diào)節(jié)到更加接近所測溶液的α。
[編輯本段]我國的電導(dǎo)率基準(zhǔn)
我國和不少國家的電導(dǎo)率基準(zhǔn)是以相對測量法建立的，是一種國家副基準(zhǔn)。
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(zhǔn)物質(zhì)，由它所配制的基準(zhǔn)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(diǎn)，相應(yīng)地測出各個電導(dǎo)池常數(shù)，然后按下式求出其他溫度的電導(dǎo)池常數(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(fù)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(shí)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?yàn)殡妼?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(rèn)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(yàn)證。其中20℃的國際推薦值是1972年和1976年IUPAC推薦值。
（1）英文：conductivity (or specific conductance)
（2）定義：電阻率的倒數(shù)為電導(dǎo)率，σ=1/ρ 。除非特別指明，電導(dǎo)率的測量溫度是標(biāo)準(zhǔn)溫度（ 25 °C ）。
?。?）單位：在國際單位制中,電導(dǎo)率的單位是西門子/米（S/m），其它單位有：s/cm，μs/cm。1S/m=0.01s/cm=10000μs/cm。
?。?）說明：電導(dǎo)率的物理意義是表示物質(zhì)導(dǎo)電的性能。電導(dǎo)率越大則導(dǎo)電性能越強(qiáng)，反之越小。另外，不少人將電導(dǎo)跟電導(dǎo)率混淆：電導(dǎo)是電阻的倒數(shù)，電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)。
[編輯本段]影響因素：
?。?）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，我們必須設(shè)定一個共同的參考溫度。電導(dǎo)率與溫度的相關(guān)性，時常可以表達(dá)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(xué)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(biāo)。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(jì)錄；電導(dǎo)系數(shù)是水在 25°C 溫度的電導(dǎo)率。
?。?）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(dá)（使用數(shù)學(xué)術(shù)語，**階張量，通常是對稱的）。
[編輯本段]測量方法
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。目前*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(bǔ)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。
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，通常為正弦波電壓電導(dǎo)儀與電極，頻率1～3kHz）。然后通過電導(dǎo)儀測量極板間電導(dǎo)。
電導(dǎo)率的測量需要弄清兩方面。一個是溶液的電導(dǎo)，另一個是溶液中1/A的幾何關(guān)系。電導(dǎo)可以通過電流、電壓的測量得到。這一測量原理在當(dāng)今直接顯示測量儀表中得到應(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(dāng)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-1。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(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行確定。標(biāo)準(zhǔn)溶液一般都使用KCl溶液這是因?yàn)镵Cl的電導(dǎo)率的不同的溫度和濃度情況下非常穩(wěn)定，準(zhǔn)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(zhǔn)不能滿足寬的測量范圍的需要。
電導(dǎo)電極的種類
電導(dǎo)電極一般分為二電極式和多電極式兩種類型。
二電極式電導(dǎo)電極是目前國內(nèi)使用*多的電導(dǎo)電極類型，實(shí)驗(yàn)式二電極式電導(dǎo)電極的結(jié)構(gòu)是將二片鉑片燒結(jié)在二平行玻璃片上，或圓形玻璃管的內(nèi)壁上，調(diào)節(jié)鉑片的面積和距離，就可以制成不同常數(shù)值的電導(dǎo)電極。通常有K=1、K=5、K=10等類型。而在線電導(dǎo)率儀上使用的二電極式電導(dǎo)電極常制成圓柱形對稱的電極。當(dāng)K=1時，常采用石墨，當(dāng)K=0.1、0.01時，材料可以是不銹鋼或鈦合金。
多電極式電導(dǎo)電極，一般在支持體上有幾個環(huán)狀的電極，通過環(huán)狀電極的串聯(lián)和并聯(lián)的不同組合，可以制成不同常數(shù)的電導(dǎo)電極。環(huán)狀電極的材料可以是石墨、不銹鋼、鈦合金和鉑金。
電導(dǎo)電極還有四電極類型和電磁式類型。四電極電導(dǎo)電極的優(yōu)點(diǎn)是可以避免電極極化帶來的測量誤差，在國外的實(shí)驗(yàn)式和在線電導(dǎo)率儀上較多使用。電磁式電導(dǎo)電極的特點(diǎn)是適宜于測量高電導(dǎo)率的溶液，一般用于工業(yè)電導(dǎo)率儀中，或利用其測量原理制成單組分的濃度計，如鹽酸濃度計、硝酸濃度計等。
電導(dǎo)電極常數(shù)
根據(jù)公式K=S/G，電極常數(shù)K可以通過測量電導(dǎo)電極在一定濃度的KCL溶液中的電導(dǎo)G來求得，此時KCL溶液的電導(dǎo)率S是已知的。
由于測量溶液的濃度和溫度不同，以及測量儀器的精度和頻率也不同，電導(dǎo)電極常數(shù)K有時會出現(xiàn)較大的誤差，使用一段時間后，電極常數(shù)也可能會有變化，因此，新購的電導(dǎo)電極，以及使用一段時間后的電導(dǎo)電極，電極常數(shù)應(yīng)重新測量標(biāo)定，電導(dǎo)電極常數(shù)測量時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1． 測量時應(yīng)采用配套使用的電導(dǎo)率儀，不要采用其它型號的電導(dǎo)率儀。
2． 測量電極常數(shù)的KCL溶液的溫度，以接近實(shí)際被測溶液的溫度為好。
3． 測量電極常數(shù)的KCL溶液的濃度，以接近實(shí)際被測溶液的濃度為好。
電導(dǎo)率的溫度補(bǔ)償
電導(dǎo)率測量是與溫度相關(guān)的。溫度對電導(dǎo)率的影響程度依溶液的不同而不同，可以用下面的公式求得：
Gt = Gtcal{1 + α(T-Tcal)}
其中：
Gt = 某一溫度（°C）下的電導(dǎo)率；
Gtcal = 標(biāo)準(zhǔn)溫度（°C）下的電導(dǎo)率；
Tcal = 溫度修正值；
α = 標(biāo)準(zhǔn)溫度（°C）下溶液的溫度系數(shù)。
下表列出了常用溶液的α值。要得到其他溶液的α值，只要測量某個溫度范圍內(nèi)的電導(dǎo)率，并以溫度為縱軸繪出相應(yīng)的電導(dǎo)率的變化曲線，與標(biāo)準(zhǔn)溫度相對應(yīng)的曲線點(diǎn)為該溶液的α值。
溶液
?。?5°C）
濃度 Alpha
(α)
鹽酸 10 wt% 1.56
氯化鉀溶液 10 wt% 1.88
硫酸 50 wt% 1.93
氯化鈉溶液 10 wt% 2.14
氫氟酸 1.5 wt% 7.20
硝酸 31 wt% 31.0
目前市場上所銷售的所有電導(dǎo)儀都可以參照標(biāo)準(zhǔn)溫度（通常為25°C）進(jìn)行調(diào)節(jié)的或自動溫度補(bǔ)償。大多數(shù)固定溫度補(bǔ)償?shù)碾妼?dǎo)儀的α調(diào)節(jié)為2%/°C（近似25°C時氯化鈉溶液的α）?？烧{(diào)節(jié)溫度補(bǔ)償?shù)碾妼?dǎo)儀可以把α調(diào)節(jié)到更加接近所測溶液的α。
[編輯本段]我國的電導(dǎo)率基準(zhǔn)
我國和不少國家的電導(dǎo)率基準(zhǔn)是以相對測量法建立的，是一種國家副基準(zhǔn)。
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(zhǔn)物質(zhì)，由它所配制的基準(zhǔn)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(diǎn)，相應(yīng)地測出各個電導(dǎo)池常數(shù)，然后按下式求出其他溫度的電導(dǎo)池常數(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(fù)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(shí)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?yàn)殡妼?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(rèn)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(yàn)證。其中20℃的國際推薦值是1972年和1976年IUPAC推薦值。
