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温度补偿
1-6 温度补偿
比较起寒冷的冬天,大多数人在夏天更加活跃。我们想要测量电导率的电解质溶液中的离子也一样,随着温度的上升会变得更加活跃(所谓的热实际上就是构成物质的分子和离子的运动),电也更加容易流动。换句话说,即使是同样的液体,随着温度的上升,电导率也会增大。而且,就像人的个性不同一样,离子也当然有不同的特性。即使温度变化相同,不同种类的离子活跃的程度也不一样。根据液体的浓度的变化,也多少会有不同。考虑到这些因素,如果想通过电导率的值来判断其他各种值(例如盐水的浓度),需要将液体的温度控制在一定值。但是,因为液体的温度很难控制,通常我们先测量液体的温度,再将此温度下得到的电导率值换算为25℃时的电导率值。根据液体的种类与浓度的不同,电导率值在某个温度下也有不同的变化。因此不同的液体换算的比率应该不同,但为方便起见,我们将电导率的变化按每1℃电导率变化2%来进行换算。(JIS进行了相应的规定)
因为温度换算很难理解,下面会进行更加具体的说明。
例如,25℃下100μS/cm的液体在24℃时变为98μS/cm、26℃时变为102μS/cm(1℃变化2%)。用公式来表示的话就是:

K25=kt/{1+0.02*(t-25)} k25:25℃的电导率 kt:t℃的电导率 t:液体温度(℃)
因此测量15℃的液体时80μS/cm的液体换算为25℃的话,就变成了100μS/cm。

各种电解质的温度系数
物质 | 浓度 % | 电导率 | 温度系数 |
|---|---|---|---|
HCl | 5 | 395 | 1.58 |
10 | 630 | 1.56 | |
20 | 762 | 1.54 | |
HNO3 | 6.2 | 312 | 1.47 |
12.4 | 542 | 1.42 | |
31.0 | 782 | 1.39 | |
H2SO4 | 5 | 209 | 1.21 |
10 | 392 | 1.28 | |
20 | 653 | 1.45 | |
CO3COOH | 10 | 1.53 | 1.69 |
15 | 1.62 | 1.74 | |
20 | 1.61 | 1.79 | |
KCl | 5 | 69 | 2.01 |
10 | 136 | 1.88 | |
15 | 202 | 1.79 | |
NaCl | 5 | 67 | 2.17 |
10 | 121 | 2.14 | |
15 | 164 | 2.12 |
1-7 电导率的测量方法
我想通过之前的说明,您可能已经大体知道了电导率究竟是什么。那么电导率怎样来测量呢?现在说一下基本的测试方法。
电解质溶液中含有离子(带有正电的阳离子和带有负电的阴离子)。现在如图(A),将一对金属板放在电解质溶液中并连接上电池。这时阳离子向电池的负极、阴离子向电池的正极移动,从而使溶液中产生了电的流动(电流)。

在施加电压以后,如图(B),离子就直接向金属板移动。这时如「1-2什么是电导率」中说明过的:

公式就成立了。也就是说如果金属板不发生变化的话,L/S就是固定的。那么电导率与电阻成反比关系。通过测量电阻,就可知道电导率的值。现在,我们再回想一下「1-1 欧姆定律」:

变形后得出R=E/I,再代入电导率的公式即可得到:

因为电池的电压(E)是固定的,电导率(k)与电流(I)就成比例关系。通过测量电流也可以求得电导率。通过此公式,我们也可以知道电导率是电流流动难易度的指标。
另外,我们在就长度与面积进行说明。
前面所说的电导率的公式中的长度(L)/面积(S)发生变化的话,测出来的电导率的值当然会发生变化。我们通常把这种长度与面积的比称为电池常数,可表示为:

原理上来讲,电极常数是一个可以通过测量金属板的间隔与面积而求得的值。当把面积为1cm2的金属板以1cm的间隔组合放置时,它的电极常数就是K=1/1=1(cm-1)。间隔为10cm时,电极常数就变为K=10/1=10(cm-1)。在这两种放置组合中分别放入相同的液体,例如放入电导率为1(S/cm)的液体,则电极常数K=1(cm-1)时测定出的电阻为1(Ω),电极常数K=10(cm-1)时测定出电阻值10(Ω)。
以上我们所说的都是像图(B)中离子直接移动的情况。实际上离子就如其名字一样(ion是“流浪者”的意思)并不会直向金属板移动。如图(C)所示,因为也存在曲线移动的离子,这样的话电极常数是没有办法以固定的规律来求得的。那么作为解决方法,如果知道电导率并能通过测定标准液体的电阻,再由 电极常数(K)=电阻(R)*电导率(k) 就可以求得电极常数。人们经常用氯化钾(KCl)的水溶液作为标准液来使用。这些就是自奠定了电导率测定方法基础的Kohlrausch以后有关电导率测定理论的由来。
KCl校准液(JIS KO102)
| 氯化钾标准液 | 电导率(mS / cm) 25℃ | 电导率 |
|---|---|---|
| A | 111.34 | 74.2460 |
| B | 12.86 | 7.4365 |
| C | 1.409 | 0.7440 |
| D | 0.147 | 0.0744 |

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