什麼是電導率？概念、因素影響、金屬、水和土壤的電導率

我們將解釋什麼是電導率以及它受哪些因素影響。金屬、水和土壤的電導率。

導電性隨物質狀態而改變。

什麼是電導率？

導電性是指物質允許電流通過其粒子的能力。這種能力直接取決於材料的原子和分子結構，以及其他物理因素，例如其溫度和狀態（液態、固態、氣態）。

電導率與電阻率相反；它是指材料阻礙電流流動的能力。因此，有些材料是良好的導體，而有些材料則是不良導體，這取決於它們的電阻。

電導率的符號是希臘字母西格瑪（σ），其計量單位是西門子每公尺（S/m）或Λ⁻¹ ⋅ m⁻¹ 。其計算通常也會考慮電場強度（E）和傳導電流密度（J）的概念，如下所示：

J = σE，由此可知：σ = J/E

電導率隨物質狀態而變化。例如，在液體中，電導率取決於溶解鹽的存在，這些鹽會產生帶正電荷或負電荷的離子，當液體處於電場中時，這些電解質負責傳導電流。

相較之下，固體的原子結構較封閉，運動較少，因此導電性取決於價帶和導帶共享的電子雲，而電子雲又根據物質的原子性質而變化：金屬是良好的電導體，而非金屬則是良好的電阻器（或絕緣體，如塑膠）。

另見：熱導率

水的導電性

含有溶解鹽類或礦物質的水可以導電。然而，這種導電能力取決於其總溶解固體（TDS）含量，因為水中鹽類和礦物質的存在會形成電解質離子，使電流能夠通過。例如，蒸餾水（透過蒸餾或其他方法去除所有溶解離子）不導電。

因此，鹽水的電導率高於淡水。當液體中添加溶解離子時，電導率會逐漸增加，直到達到最大離子濃度。此時，正負離子對形成，電荷相互抵消，從而阻止電導率的進一步增加。

土壤電導率

土壤鹽度越高，導電性越好。

土壤的導電性通常各不相同，這取決於灌溉和鹽分含量等多種因素。就像水一樣，鹽分較高的土壤比鹽分較低的土壤導電性更好，而這種區別通常取決於土壤的灌溉量（因為水可以從土壤中帶走鹽分）。

這種鹽度水平經常與土壤鈉化（鈉的存在）混淆，而實際上鹽度是指鈉（Na⁺）、鉀（K⁺）、鈣（Ca²⁺）和鎂（Mg²⁺）陽離子以及氯（Cl^- ）、硫酸根（SO₄^2- ）、碳酸氫根（HCO₃^- ）和碳酸根（CO₃^2- ）和碳酸根離子的含量）。

因此，在許多情況下，對於高鹽土壤，會採用水洗等技術；對於高鹼性土壤，則會注入其他中和元素（例如硫磺）。這通常可以透過電導率測試來確定。

金屬的導電性

一般來說，金屬是優良的導電體。這是因為這類材料的原子會透過形成金屬鍵而結合在一起。在金屬中，電子像雲一樣圍繞著緊密結合的原子核運動，而正是這些電子使得電流能夠流動。

當金屬處於電場中時，電子會像熱一樣自由地從金屬的一端流向另一端，因為金屬也具有良好的導熱性。這就是為什麼銅和其他金屬被用於電線和電子設備中的原因。下圖示意性地展示了當對金屬施加電場時電子（紅色部分）的流動：