Farad
I 1746 i Leiden hældte Pieter van Musschenbroek vand i en glaskrukke og sænkede en tråd ned i den. Den blev ladet op fra en elektrisermaskine. En assistent holdt krukken i den ene hånd og rørte ved tråden med den anden. Stødet var så kraftigt, at Musschenbroek skrev til en kollega, at han ikke ville gentage forsøget for noget i verden.
Krukken viste sig at være den første kondensator: vandet indeni og hånden udenpå var de to plader, og glasset imellem dem var isolatoren. Hvor meget ladning pladerne rummer ved en given spænding, viser kapacitansen. Én farad er den kapacitans, hvor en spænding på 1 V giver en ladning på 1 C. Det er meget: hele Jorden som kugle har en kapacitans på omkring 710 µF.
| Betegnelse | F |
| Definition | coulomb pr. volt · C/V · kg⁻¹·m⁻²·s⁴·A² |
| Referenceværdier | ε₀ — 8,854 187 8·10⁻¹² F/m · en kugle med radius 1 m — 111 pF · Jorden som kugle — omkring 710 µF |
| Indført | 1881, den internationale elektrikerkongres i Paris · i SI siden 1960 |
| Standarder | ISO 80000-6 · IEC 60384 · IEC 60062 · SI Brochure 9th ed. |
| Typiske værdier | 10 pF — en oscilloskopprobe · 100 nF — ved en chips ben · 3000 F — en superkondensator |
01 · Definition
En coulomb for hver volt
Kapacitansen C viser, hvor meget ladning der skal anbringes på en leder, for at dens spænding stiger med én volt. Det ses lettest med to plader. Den ene får plus, den anden minus, og mellem dem opstår et felt. Jo større pladerne er, og jo tættere de sidder på hinanden, jo mere ladning rummer de ved samme spænding.
En isolator mellem pladerne øger kapacitansen. Dens molekyler drejer sig i feltet og ophæver det delvis. Glas øger kapacitansen omkring 7 gange, keramik af bariumtitanat tusind gange og mere. Den lagrede energi vokser med kvadratet på spændingen.
Hvad „104“ betyder på en lille kondensator
På en keramisk skive er der plads til tre cifre og et bogstav. De to første cifre er begyndelsen på tallet. Det tredje angiver, hvor mange nuller der skal sættes efter. Tilsammen giver de kapacitansen i picofarad. Bogstavet efter cifrene er tolerancen. Vælg cifrene, så vises kapacitansen med grænser nedenfor.
For at få 1 F af to plader med en luftafstand på 1 mm skulle hver plade have et areal på 113 km². En isoleret kugle på 1 F ville have en radius på 9 mio. km. Superkondensatorer klarer det på en anden måde. Ladningen sidder på overfladen af porøst kul, og afstanden mellem ladningerne er omkring en nanometer. Ét gram af sådant kul har hundredvis af kvadratmeter overflade.
Hvorfor der springer en gnist, når man trækker glasset ud af en kondensator
Til venstre står en højspændingsforsyning på op til 15 kV; den oplader to kvadratiske plader på 20 × 20 cm gennem en modstand på 100 MΩ. Den røde plade er plus, den turkise minus. De gule linjer er feltet mellem dem: jo tættere linjerne ligger, jo stærkere er feltet. Til højre for pladerne sammenligner en søjle feltet med luftens gennemslagsstyrke, omkring 3 kV/mm. Man kan skyde en isolator ind mellem pladerne. Luppen til højre viser dens molekyler: den røde ende er plus, den turkise minus. Forsyningen kan kobles fra: så har ladningen ingen steder at gå hen. Knappen „Aflad“ giver energien til en lampe.
Forsyningen oplader pladerne.
02 · Omregning
| Enhed | Værdi | Hvor den forekommer |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
„MFD“ på gamle kondensatorer betyder mikrofarad, ikke millifarad. Picofarad blev skrevet „MMFD“ — mikromikrofarad.
En superkondensator på 3000 F ved 2,7 V lagrer omkring 11 kJ. Det er omtrent lige så meget som et alkalisk AA-batteri.
Hele Jordens kapacitans, omkring 710 µF, er mindre end én filterkondensator på 1000 µF i en strømforsyning.
03 · Størrelsesordener
04 · Måleinstrumenter
05 · Skriveregler
06 · Naboenheder
07 · Historisk afsnit
I 1956 fandt Andrew Thompson og Douglas Lampard en kondensator, hvis kapacitans kan beregnes. Fire lange cylindre står i hjørnerne af et kvadrat. Kapacitansen mellem de modstående par pr. meter længde er ε₀·ln 2 / π, omkring 1,953 549 pF/m. Det gælder ved næsten enhver eksakt symmetri i tværsnittet. Længden måles med et laserinterferometer, og kapacitansen følger af længden.
Siden 2019 er konstanterne h og e eksakte, og faraden er knyttet til dem via ohmen. En modstandsnormal baseret på kvante-Hall-effekten sammenlignes med en kondensator i en kvadraturbro ved en kendt frekvens: C = 1 / (2πfR). Sådan realiserer nationale laboratorier faraden med en nøjagtighed på milliontedele.
Katalog over størrelser
hele registret →SI-systemets syv grundenheder
En dråbe syre ændrer saftens farve, salt farver flammen, vand fryser ved et bank. Under dem alle Simetriums ark, efter fagområde og alfabetisk.
Åbn registret →