Przewodność: Definicja|Równania|Pomiary|Zastosowania

Przewodność elektrycznajest czymś o wiele więcej niż abstrakcyjnym konceptem; jest fundamentalnym kręgosłupem naszego połączonego ze sobą świata, niepostrzeżenie zasilającym wszystko, od najnowszych urządzeń elektronicznych w Twojej dłoni po rozległe sieci dystrybucji energii, które oświetlają nasze miasta.

Dla inżynierów, fizyków, materiałoznawców i każdego, kto pragnie naprawdę zrozumieć zachowanie materii, opanowanie przewodnictwa jest nieodzowne. Ten dogłębny przewodnik nie tylko precyzyjnie definiuje przewodnictwo, ale także wyjaśnia jego kluczowe znaczenie, analizuje czynniki na nie wpływające i podkreśla jego nowatorskie zastosowania w różnych dziedzinach, takich jak półprzewodniki, materiałoznawstwo i energia odnawialna. Wystarczy kliknąć, aby odkryć, jak zrozumienie tej istotnej właściwości może zrewolucjonizować Twoją wiedzę o elektryce.

Spis treści:

1. Czym jest przewodnictwo?

2. Czynniki wpływające na przewodnictwo

3. Jednostki przewodnictwa

4. Jak mierzyć przewodnictwo: równania

5. Narzędzia służące do pomiaru przewodnictwa

6. Zastosowania przewodnictwa

7. Najczęściej zadawane pytania

Co to jest przewodnictwo?

Przewodność elektryczna (σ) to podstawowa właściwość fizyczna określająca zdolność materiału do przewodzenia prądu elektrycznego.Zasadniczo określa ona, jak łatwo nośniki ładunku, głównie swobodne elektrony w metalach, mogą przemieszczać się przez substancję. Ta istotna cecha stanowi solidną podstawę dla niezliczonych zastosowań, od mikroprocesorów po infrastrukturę energetyczną.

Jako odwrotność przewodnictwa, rezystywność elektryczna (ρ) jest przeciwieństwem przepływu prądu. Dlategoniska rezystancja odpowiada bezpośrednio wysokiej przewodności. Standardową międzynarodową jednostką miary jest Siemens na metr (S/m), choć milisiemensy na centymetr (mS/cm) jest powszechnie stosowana w analizie chemicznej i środowiskowej.

Przewodność a rezystywność: przewodniki a izolatory

Wyjątkowa przewodność (σ) oznacza, że ​​materiały są przewodnikami, natomiast wyraźna rezystywność (ρ) czyni je idealnymi izolatorami. Zasadniczo, wyraźny kontrast w przewodności materiałów wynika z zróżnicowanej dostępności mobilnych nośników ładunku.

Wysoka przewodność (przewodniki)

Metale takie jak miedź i aluminium charakteryzują się wyjątkowo wysoką przewodnością. Wynika to z ich struktury atomowej, która charakteryzuje się rozległym „morzem” łatwo przemieszczających się elektronów walencyjnych, które nie są silnie związane z pojedynczymi atomami. Ta właściwość sprawia, że ​​są one niezbędne w instalacjach elektrycznych, liniach przesyłowych i ścieżkach obwodów wysokiej częstotliwości.

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na temat przewodnictwa elektrycznego różnych materiałów, możesz przeczytać wpis skupiający się na badaniu przewodnictwa elektrycznego wszystkich materiałów, z którymi się stykasz.

Niska przewodność (izolatory)

Materiały takie jak guma, szkło i ceramika znane są jako izolatory. Posiadają niewiele lub wcale wolnych elektronów, co silnie opiera się przepływowi prądu elektrycznego. Ta cecha sprawia, że ​​są one niezbędne dla bezpieczeństwa, izolacji i zapobiegania zwarciom we wszystkich systemach elektrycznych.

Czynniki wpływające na przewodnictwo

Przewodność elektryczna jest fundamentalną właściwością materiału, ale wbrew powszechnemu przekonaniu, nie jest ona wartością stałą. Zdolność materiału do przewodzenia prądu elektrycznego może być w znacznym i przewidywalnym stopniu zależna od zewnętrznych czynników środowiskowych oraz precyzyjnej inżynierii składu. Zrozumienie tych czynników stanowi fundament współczesnej elektroniki, czujników i technologii energetycznych:

1. Jak czynniki zewnętrzne wpływają na przewodnictwo

Bezpośrednie otoczenie materiału wywiera znaczącą kontrolę nad ruchliwością nośników ładunku (zazwyczaj elektronów lub dziur). Przyjrzyjmy się im szczegółowo:

1. Efekty termiczne: wpływ temperatury

Temperatura jest prawdopodobnie najbardziej uniwersalnym czynnikiem modyfikującym opór i przewodnictwo elektryczne.

W przypadku zdecydowanej większości czystych metali,przewodnictwo maleje wraz ze wzrostem temperaturyEnergia cieplna powoduje, że atomy metalu (sieć krystaliczna) drgają z większą amplitudą, a w konsekwencji te wzmożone drgania sieci (czyli fonony) zwiększają częstotliwość rozpraszania, skutecznie utrudniając płynny przepływ elektronów walencyjnych. To zjawisko wyjaśnia, dlaczego przegrzane przewody prowadzą do strat mocy.

Z kolei w półprzewodnikach i izolatorach przewodnictwo gwałtownie rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Dodatkowa energia cieplna wzbudza elektrony z pasma walencyjnego przez przerwę energetyczną do pasma przewodnictwa, tworząc w ten sposób większą liczbę ruchomych nośników ładunku i znacząco obniżając rezystywność.

2. Naprężenie mechaniczne: rola ciśnienia i odkształcenia

Zastosowanie nacisku mechanicznego może zmienić odstęp między atomami i strukturę krystaliczną materiału, co z kolei wpływa na przewodność. Jest to zjawisko krytyczne w przypadku czujników piezorezystancyjnych.

W niektórych materiałach ciśnienie ściskające powoduje, że atomy zbliżają się do siebie, co zwiększa nakładanie się orbitali elektronowych i ułatwia ruch nośników ładunku, a tym samym zwiększa przewodność.

W materiałach takich jak krzem, rozciąganie (odkształcenie rozciągające) lub ściskanie (odkształcenie ściskające) może przekształcać pasma energetyczne elektronów, zmieniając efektywną masę i ruchliwość nośników ładunku. Ten efekt jest wykorzystywany w tensometrach i przetwornikach ciśnienia.

2. Jak zanieczyszczenia wpływają na przewodnictwo

W dziedzinie fizyki ciała stałego i mikroelektroniki pełną kontrolę nad właściwościami elektrycznymi uzyskuje się za pomocą inżynierii składu, głównie poprzez domieszkowanie.

Domieszkowanie polega na ściśle kontrolowanym wprowadzaniu śladowych ilości określonych atomów domieszek (zwykle mierzonych w częściach na milion) do wysoce oczyszczonego, wewnętrznego materiału bazowego, takiego jak krzem lub german.

Proces ten nie zmienia jedynie przewodnictwa; zasadniczo dostosowuje typ nośnika i stężenie materiału, aby stworzyć przewidywalne, asymetryczne zachowanie elektryczne niezbędne do obliczeń:

Doping typu N (negatywny)

Wprowadzenie pierwiastka o większej liczbie elektronów walencyjnych (np. fosforu lub arsenu, które mają ich 5) niż materiał macierzysty (np. krzemu, który ma ich 4). Dodatkowy elektron jest łatwo przekazywany do pasma przewodnictwa, co czyni go głównym nośnikiem ładunku.

Domieszkowanie typu P (pozytywne)

Wprowadzenie pierwiastka o mniejszej liczbie elektronów walencyjnych (np. boru lub galu, które mają ich 3). Powstaje wakat elektronowy, czyli „dziura”, która działa jak nośnik ładunku dodatniego.

Możliwość precyzyjnego kontrolowania przewodnictwa poprzez domieszkowanie jest siłą napędową ery cyfrowej:

W przypadku urządzeń półprzewodnikowych stosuje się go do tworzeniap-nzłącza, aktywne obszary diod i tranzystorów, które umożliwiają przepływ prądu tylko w jednym kierunku i pełnią funkcję głównych elementów przełączających w układach scalonych (IC).

W przypadku urządzeń termoelektrycznych kontrola przewodnictwa jest kluczowa, aby znaleźć równowagę między potrzebą dobrego przewodnictwa elektrycznego (w celu przemieszczania ładunku) a słabym przewodnictwem cieplnym (w celu utrzymania gradientu temperatury) w materiałach wykorzystywanych do wytwarzania energii i chłodzenia.

Z perspektywy zaawansowanego wykrywania materiały mogą być domieszkowane lub modyfikowane chemicznie w celu stworzenia chemirezystorów, których przewodność zmienia się drastycznie po związaniu się ze specyficznymi gazami lub cząsteczkami, tworząc podstawę niezwykle czułych czujników chemicznych.

Zrozumienie i precyzyjne kontrolowanie przewodnictwa pozostaje kluczowe dla rozwoju technologii nowej generacji, zapewnienia optymalnej wydajności i maksymalizacji efektywności w praktycznie każdym sektorze nauki i inżynierii.

Jednostki przewodnictwa

Standardową jednostką przewodnictwa w układzie SI jest Siemens na metr (S/m). Jednak w większości zastosowań przemysłowych i laboratoryjnych powszechniejszą jednostką bazową jest Siemens na centymetr (S/cm). Ponieważ wartości przewodnictwa mogą obejmować wiele rzędów wielkości, pomiary są zazwyczaj wyrażane za pomocą prefiksów:

1. mikrosimensy na centymetr (mS/cm) stosuje się w przypadku cieczy o niskiej przewodności, np. wody dejonizowanej lub wody uzyskanej w wyniku odwróconej osmozy (RO).

2 milisimensy na centymetr (mS/cm) to wartość powszechnie stosowana w przypadku wody kranowej, wody procesowej lub roztworów słonawych(1 mS/cm = 1000 μS/cm).

3. Decysimensy na metr (dS/m) są często używane w rolnictwie i odpowiadają mS/cm (1 dS/m = 1 mS/cm).

Jak zmierzyć przewodnictwo: równania

Amiernik przewodnictwaNie mierzy przewodnictwa bezpośrednio. Zamiast tego mierzy przewodnictwo (w jednostkach Siemens), a następnie oblicza przewodnictwo za pomocą stałej ogniwa (K) specyficznej dla danego czujnika. Ta stała (w jednostkach cm)^-1) to fizyczna właściwość geometrii czujnika. Podstawowe obliczenia instrumentu to:

Przewodność (S/cm) = Zmierzona przewodność (S) × Stała ogniwa (K, w cm⁻¹)

Metoda pomiaru zależy od zastosowania. Najpopularniejsza metoda polega na pomiarze stykowym (potencjometrycznym), wykorzystującym elektrody (często grafitowe lub ze stali nierdzewnej) mające bezpośredni kontakt z cieczą. Prosta konstrukcja 2-elektrodowa sprawdza się w zastosowaniach o niskim przewodnictwie, takich jak czysta woda. Bardziej zaawansowana 4-elektrodowaelektrodaczujnikidostarczaćwysoką dokładność w znacznie szerszym zakresie i mniejszą podatność na błędy wynikające z umiarkowanego zanieczyszczenia elektrody.

W przypadku roztworów agresywnych, żrących lub silnie przewodzących, w których elektrody mogłyby ulec zanieczyszczeniu lub korozji, do akcji wkraczają czujniki indukcyjne (toroidalne). Te czujniki bezkontaktowe składają się z dwóch cewek drutowych, zamkniętych w trwałym polimerze. Jedna cewka indukuje pętlę prądu elektrycznego w roztworze, a druga mierzy natężenie tego prądu, które jest wprost proporcjonalne do przewodności cieczy. Konstrukcja ta jest niezwykle wytrzymała, ponieważ żadne metalowe części nie są narażone na działanie procesu.

Pomiary przewodnictwa i temperatury

Pomiary przewodnictwa są silnie zależne od temperatury. Wraz ze wzrostem temperatury cieczy jej jony stają się bardziej ruchliwe, co powoduje wzrost mierzonego przewodnictwa (często o ~2% na °C). Aby zapewnić dokładność i porównywalność pomiarów, należy je znormalizować do standardowej temperatury odniesienia, która jest powszechnie stosowana.25°C.

Nowoczesne mierniki przewodnictwa wykonują tę korektę automatycznie, wykorzystujączintegrowanytemperaturatransduktorProces ten, znany jako automatyczna kompensacja temperatury (ATC), stosuje algorytm korekcji (taki jak wzór liniowyG 25 = G_t/[1+α(T-25)]) aby podać przewodność zmierzoną w temperaturze 25°C.

Gdzie:

G₂₅= Skorygowana przewodność w temp. 25°C;

G_t= Surowa przewodność mierzona w temperaturze procesuT;

T= Zmierzona temperatura procesu (w °C);

α (alfa)= Współczynnik temperaturowy roztworu (np. 0,0191 lub 1,91%/°C dla roztworów NaCl).

Pomiar przewodnictwa za pomocą prawa Ohma

Prawo Ohma, kamień węgielny elektrotechniki, zapewnia praktyczne ramy do ilościowego określania przewodnictwa elektrycznego materiału (σ). Zasada taustala bezpośrednią korelację pomiędzy napięciem (V), prądem (I) i rezystancją (R)Rozszerzając to prawo tak, aby uwzględnić geometrię fizyczną materiału, można wyznaczyć jego wewnętrzną przewodność.

Pierwszym krokiem jest zastosowanie prawa Ohma (R = V/I) do konkretnej próbki materiału. Wymaga to wykonania dwóch precyzyjnych pomiarów: napięcia przyłożonego do próbki i natężenia prądu, który w rezultacie przez nią przepływa. Stosunek tych dwóch wartości daje całkowitą rezystancję elektryczną próbki. Obliczona rezystancja jest jednak zależna od rozmiaru i kształtu danej próbki. Aby znormalizować tę wartość i określić naturalną przewodność elektryczną materiału, należy uwzględnić jego wymiary fizyczne.

Dwa kluczowe czynniki geometryczne to długość próbki (L) i pole jej przekroju poprzecznego (A). Elementy te są zintegrowane w jednym wzorze: σ = L / (R^A).

To równanie skutecznie przekłada mierzalną, zewnętrzną właściwość rezystancji na fundamentalną, wewnętrzną właściwość przewodnictwa. Należy pamiętać, że dokładność ostatecznego obliczenia zależy bezpośrednio od jakości danych początkowych. Wszelkie błędy eksperymentalne w pomiarze V, I, L lub A podważą wiarygodność obliczonego przewodnictwa.

Narzędzia służące do pomiaru przewodnictwa

W sterowaniu procesami przemysłowymi, uzdatnianiu wody i produkcji chemicznej, przewodność elektryczna nie jest jedynie pomiarem biernym; to kluczowy parametr kontrolny. Uzyskanie dokładnych i powtarzalnych danych nie jest możliwe dzięki pojedynczemu, uniwersalnemu narzędziu. Wymaga to zbudowania kompletnego, dopasowanego systemu, w którym każdy komponent jest dobrany do konkretnego zadania.

Solidny system przewodności składa się z dwóch głównych części: sterownika (mózgu) i czujnika (zmysłów), z których oba muszą być obsługiwane przez właściwą kalibrację i kompensację.

1. Rdzeń: kontroler przewodnictwa

Centralnym węzłem systemu jesttenw sieciregulator przewodnictwa, który robi znacznie więcej niż tylko wyświetla wartość. Ten kontroler działa jak „mózg”, zasilając czujnik, przetwarzając surowy sygnał i udostępniając dane. Jego kluczowe funkcje obejmują:

① Automatyczna kompensacja temperatury (ATC)

Przewodność jest bardzo wrażliwa na temperaturę. Sterownik przemysłowy, taki jakSUP-TDS210-Blubwysoka precyzjaSUP-EC8.0, wykorzystuje zintegrowany czujnik temperatury, aby automatycznie korygować każdy odczyt do standardu 25°C. Jest to niezbędne dla dokładności.

② Wyjścia i alarmy

Urządzenia te przekształcają pomiar na sygnał 4-20 mA dla sterownika PLC lub przekaźników wyzwalających alarmy i sterujących pompą dozującą.

③ Interfejs kalibracyjny

Kontroler jest skonfigurowany przy użyciu interfejsu programowego w celu wykonywania regularnych, prostych kalibracji.

2. Wybór odpowiedniego czujnika

Najważniejszym elementem jest wybór czujnika (lub sondy), ponieważ jego technologia musi być dostosowana do właściwości cieczy. Użycie niewłaściwego czujnika jest najczęstszą przyczyną błędów pomiaru.

Do systemów czystej wody i odwróconej osmozy (niska przewodność)

W zastosowaniach takich jak odwrócona osmoza, woda dejonizowana lub woda zasilająca kocioł, ciecz zawiera bardzo mało jonów. W tym przypadku dwuelektrodowy czujnik przewodności (np.tenSUP-TDS7001) jest idealnym wyboremtomierzyćprzewodnictwo wody. Jego konstrukcja zapewnia wysoką czułość i dokładność przy tak niskich poziomach przewodności.

Do zastosowań ogólnych i ścieków (przewodność średnia do wysokiej)

W zanieczyszczonych roztworach, zawierających zawiesiny lub o szerokim zakresie pomiarowym (np. ścieki, woda kranowa lub monitoring środowiskowy), czujniki są podatne na zanieczyszczenie. W takim przypadku, czteroelektrodowy czujnik przewodności, taki jaktenSUP-TDS7002 to lepsze rozwiązanie. Ta konstrukcja jest mniej podatna na osady na powierzchniach elektrod, oferując znacznie szerszy, bardziej stabilny i niezawodny odczyt w zmiennych warunkach.

Do agresywnych chemikaliów i szlamów (agresywnych i o wysokiej przewodności)

Podczas pomiaru agresywnych mediów, takich jak kwasy, zasady czy ścierne zawiesiny, tradycyjne elektrody metalowe ulegają korozji i szybko ulegają uszkodzeniu. Rozwiązaniem jest bezkontaktowy indukcyjny (toroidalny) czujnik przewodności, taki jaktenSUP-TDS6012Ten czujnik wykorzystuje dwie zabudowane cewki do indukowania i pomiaru prądu w cieczy, bez dotykania jej przez jakąkolwiek część czujnika. Dzięki temu jest praktycznie odporny na korozję, zanieczyszczenia i zużycie.

3. Proces: zapewnienie długoterminowej dokładności

Niezawodność systemu jest utrzymywana dzięki jednemu kluczowemu procesowi: kalibracji. Kontroler i czujnik, niezależnie od stopnia zaawansowania, muszą zostać sprawdzone pod kątemznanyodniesienierozwiązanie(standard przewodności) zapewniający dokładność. Ten proces kompensuje wszelkie drobne dryfty czujnika lub zanieczyszczenia w miarę upływu czasu. Dobry kontroler, taki jaktenSUP-TDS210-C, dzięki czemu staje się to prostą procedurą sterowaną za pomocą menu.

Osiągnięcie precyzyjnego pomiaru przewodności to kwestia inteligentnego projektu systemu. Wymaga to dopasowania inteligentnego sterownika do technologii czujników opracowanej pod kątem konkretnego zastosowania.

Jaki materiał jest najlepszy do przewodzenia prądu?

Najlepszym materiałem przewodzącym prąd elektryczny jest czyste srebro (Ag), charakteryzujące się najwyższą przewodnością elektryczną spośród wszystkich pierwiastków. Jednak jego wysoki koszt i tendencja do matowienia (utleniania) ograniczają jego powszechne zastosowanie. W większości praktycznych zastosowań standardem jest miedź (Cu), która oferuje drugą najlepszą przewodność przy znacznie niższej cenie i jest bardzo ciągliwa, co czyni ją idealną do okablowania, silników i transformatorów.

Z kolei złoto (Au), mimo że jest mniej przewodzące niż srebro i miedź, jest niezbędne w elektronice do delikatnych styków niskonapięciowych, ponieważ charakteryzuje się większą odpornością na korozję (obojętnością chemiczną), co zapobiega degradacji sygnału z upływem czasu.

Wreszcie aluminium (Al) jest wykorzystywane w dalekosiężnych liniach przesyłowych wysokiego napięcia, ponieważ jego mniejsza waga i niższy koszt oferują znaczące korzyści, pomimo niższej przewodności objętościowej w porównaniu z miedzią.

Zastosowania przewodnictwa

Jako naturalna zdolność materiału do przewodzenia prądu elektrycznego, przewodnictwo elektryczne jest fundamentalną właściwością napędzającą technologię. Jego zastosowanie obejmuje wszystko, od infrastruktury energetycznej na dużą skalę, przez elektronikę w skali mikro, po monitoring środowiska. Poniżej przedstawiono kluczowe zastosowania, w których ta właściwość jest niezbędna:

Energia, elektronika i produkcja

Wysoka przewodność elektryczna jest podstawą naszego świata elektryczności, natomiast kontrolowana przewodność jest kluczowa dla procesów przemysłowych.

Przenoszenie mocy i okablowanie

Materiały o wysokiej przewodności, takie jak miedź i aluminium, są standardem w okablowaniu elektrycznym i liniach energetycznych dalekiego zasięgu. Ich niska rezystancja minimalizuje²Straty ciepła R (Joule'a) zapewniają efektywny przesył energii.

Elektronika i półprzewodniki

Na poziomie mikro, ścieżki przewodzące na płytkach drukowanych (PCB) i złączach tworzą ścieżki dla sygnałów. W półprzewodnikach przewodnictwo krzemu jest precyzyjnie manipulowane (domieszkowane), aby tworzyć tranzystory, podstawę wszystkich współczesnych układów scalonych.

Elektrochemia

Ta dziedzina opiera się na przewodności jonowej elektrolitów. Zasada ta stanowi siłę napędową baterii, ogniw paliwowych i procesów przemysłowych, takich jak galwanizacja, rafinacja metali i produkcja chloru.

Materiały kompozytowe

Do polimerów dodaje się wypełniacze przewodzące (takie jak włókna węglowe lub metalowe), aby stworzyć kompozyty o określonych właściwościach elektrycznych. Służą one do ekranowania elektromagnetycznego (EMI) w celu ochrony wrażliwych urządzeń oraz do ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi (ESD) w procesie produkcyjnym.

Monitorowanie, pomiary i diagnostyka

Pomiar przewodności jest tak samo istotny jak sama właściwość, będąc potężnym narzędziem analitycznym.

Jakość wody i monitoring środowiska

Pomiar przewodności jest podstawową metodą oceny czystości i zasolenia wody. Ponieważ rozpuszczone jony (TDS) bezpośrednio zwiększają przewodność, czujniki służą do monitorowania wody pitnej,zarządzaćściekileczeniei oceniają stan gleby w rolnictwie.

Diagnostyka medyczna

Ludzki organizm funkcjonuje w oparciu o sygnały bioelektryczne. Technologie medyczne, takie jak elektrokardiografia (EKG) i elektroencefalografia (EEG), działają poprzez pomiar drobnych prądów elektrycznych przewodzonych przez jony w organizmie, co pozwala na diagnostykę schorzeń kardiologicznych i neurologicznych.

Czujniki sterowania procesami

W chemiiIżywnośćprodukcjaCzujniki przewodności służą do monitorowania procesów w czasie rzeczywistym. Mogą wykrywać zmiany stężenia, identyfikować interfejsy między różnymi cieczami (np. w systemach czyszczenia na miejscu) lub ostrzegać o zanieczyszczeniach i kontaminacjach.

Często zadawane pytania

P1: Jaka jest różnica między przewodnością a opornością?

A: Przewodność (σ) to zdolność materiału do przepuszczania prądu elektrycznego, mierzona w Siemensach na metr (S/m). Rezystywność (ρ) to jego zdolność do przeciwstawiania się prądowi, mierzona w omometrach (Ω⋅m). Są to bezpośrednie odwrotności matematyczne (σ=1/ρ).

P2: Dlaczego metale mają wysoką przewodność?

A: Metale wykorzystują wiązania metaliczne, w których elektrony walencyjne nie są związane z żadnym pojedynczym atomem. Tworzy to zdelokalizowane „morze elektronów”, które swobodnie przemieszcza się w materiale, łatwo generując prąd po przyłożeniu napięcia.

P3: Czy przewodność można zmienić?

O: Tak, przewodnictwo jest bardzo wrażliwe na warunki zewnętrzne. Najczęstszymi czynnikami są temperatura (wzrost temperatury zmniejsza przewodnictwo w metalach, ale zwiększa je w wodzie) oraz obecność zanieczyszczeń (które zakłócają przepływ elektronów w metalach lub dodają jony do wody).

P4: Co sprawia, że ​​materiały takie jak guma i szkło są dobrymi izolatorami?

A: Materiały te mają silne wiązania kowalencyjne lub jonowe, w których wszystkie elektrony walencyjne są ściśle związane. Bez swobodnych elektronów, które mogłyby się przemieszczać, nie mogą one podtrzymywać prądu elektrycznego. Zjawisko to nazywa się bardzo dużą „przerwą energetyczną”.

P5: Jak mierzy się przewodnictwo wody?

A: Miernik mierzy przewodność jonową rozpuszczonych soli. Jego sonda przykłada napięcie przemienne do wody, powodując ruch rozpuszczonych jonów (takich jak Na+ lub Cl−) i wytwarzając prąd. Miernik mierzy ten prąd, automatycznie koryguje temperaturę i wykorzystuje „stałą ogniwa” czujnika do podania wartości końcowej (zwykle w μS/cm).