Farad
Roku 1746 v Leidenu nalil Pieter van Musschenbroek vodu do skleněné nádoby a ponořil do ní drát. Ten nabili z elektrického stroje. Pomocník držel nádobu v ruce a druhou rukou se drátu dotkl. Rána byla tak silná, že Musschenbroek napsal kolegovi, že by pokus za nic na světě neopakoval.
Nádoba se ukázala být prvním kondenzátorem: voda uvnitř a ruka zvenku byly dvěma elektrodami a sklo mezi nimi izolantem. Kolik náboje pojmou elektrody při daném napětí, udává kapacita. Jeden farad je kapacita, které napětí 1 V dodá náboj 1 C. To je velmi mnoho: celá Země jako koule má kapacitu asi 710 µF.
| Označení | F |
| Definice | coulomb na volt · C/V · kg⁻¹·m⁻²·s⁴·A² |
| Referenční hodnoty | ε₀ — 8,854 187 8·10⁻¹² F/m · koule o poloměru 1 m — 111 pF · Země jako koule — asi 710 µF |
| Zavedena | 1881, Mezinárodní kongres elektrotechniků v Paříži · v SI od roku 1960 |
| Normy | ISO 80000-6 · IEC 60384 · IEC 60062 · SI Brochure 9th ed. |
| Typické hodnoty | 10 pF — sonda osciloskopu · 100 nF — u vývodů čipu · 3000 F — superkondenzátor |
01 · Definice
Coulomb na každý volt
Kapacita C udává, kolik náboje je třeba přivést na vodič, aby jeho napětí vzrostlo o jeden volt. Nejsnáze je to vidět na dvou deskách. Na jednu přichází plus, na druhou minus a mezi nimi vzniká pole. Čím větší jsou desky a čím blíž jsou u sebe, tím víc náboje pojmou při stejném napětí.
Izolant mezi deskami kapacitu zvětšuje. Jeho molekuly se v poli natáčejí a částečně ho ruší. Sklo zvětší kapacitu asi 7krát, keramika z titaničitanu barnatého tisíckrát i víc. Uložená energie roste s druhou mocninou napětí.
Co znamená „104“ na malém kondenzátoru
Na keramický disk se vejdou tři číslice a písmeno. První dvě číslice jsou začátek čísla. Třetí říká, kolik nul k němu připsat. Dohromady dávají kapacitu v pikofaradech. Písmeno za číslicemi je tolerance. Zvolte číslice a dole se objeví kapacita s mezemi.
Aby dvě desky se vzduchovou mezerou 1 mm měly 1 F, musela by mít každá z nich plochu 113 km². Osamocená koule s kapacitou 1 F by měla poloměr 9 mil. km. Superkondenzátory to obcházejí jinak. Náboj se v nich drží na povrchu porézního uhlíku a mezera mezi náboji je kolem nanometru. Jeden gram takového uhlíku má stovky čtverečních metrů povrchu.
Proč přeskočí jiskra, když se z kondenzátoru vytáhne sklo
Vlevo je vysokonapěťový zdroj do 15 kV, nabíjí dvě čtvercové desky 20 × 20 cm přes rezistor 100 MΩ. Červená deska je plus, tyrkysová minus. Žluté čáry jsou pole mezi nimi: čím hustší čáry, tím silnější pole. Vpravo od desek sloupec porovnává pole s elektrickou pevností vzduchu, asi 3 kV/mm. Mezi desky lze zasunout izolant. Lupa vpravo ukazuje jeho molekuly: červený konec je plus, tyrkysový minus. Zdroj lze odpojit: pak náboj nemá kam odtéct. Tlačítko „Vybít“ předá energii lampě.
Zdroj nabíjí desky.
02 · Převod
| Jednotka | Hodnota | Kde se vyskytuje |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
„MFD“ na starých kondenzátorech znamená mikrofarady, ne milifarady. Pikofarady se psaly „MMFD“ — mikromikrofarady.
Superkondenzátor 3000 F při 2,7 V uchová asi 11 kJ. To je zhruba tolik jako alkalická baterie AA.
Kapacita celé Země, asi 710 µF, je menší než kapacita jediného filtračního kondenzátoru 1000 µF v napájecím zdroji.
03 · Řády veličin
04 · Měřicí přístroje
05 · Pravidla zápisu
06 · Sousední jednotky
07 · Historický oddíl
Roku 1956 našli Andrew Thompson a Douglas Lampard kondenzátor, jehož kapacitu lze vypočítat. Čtyři dlouhé válce stojí v rozích čtverce. Kapacita mezi protilehlými dvojicemi na metr délky je ε₀·ln 2 / π, asi 1,953 549 pF/m. Platí to téměř pro každou přesnou symetrii průřezu. Délka se měří laserovým interferometrem a kapacita vychází z délky.
Od roku 2019 jsou konstanty h a e přesné a farad je s nimi svázán přes ohm. Etalon odporu založený na kvantovém Hallově jevu se porovnává s kondenzátorem v kvadraturním můstku při známé frekvenci: C = 1 / (2πfR). Tak národní laboratoře realizují farad s přesností na miliontiny.
Katalog veličin
celý rejstřík →Sedm základních jednotek SI
Kapka kyseliny změní barvu šťávy, sůl obarví plamen, voda zamrzne po klepnutí. Pod nimi všechny listy Simetria podle oborů a abecedně.
Otevřít rejstřík →