Φαράντ
Το 1746 στη Λέιντεν ο Πίτερ φαν Μουσενμπρούκ έριξε νερό σε ένα γυάλινο βάζο και βύθισε μέσα ένα σύρμα. Το σύρμα φορτίστηκε από μια ηλεκτρική μηχανή. Ένας βοηθός κρατούσε το βάζο στο ένα χέρι και άγγιξε το σύρμα με το άλλο. Το χτύπημα ήταν τόσο δυνατό, που ο Μουσενμπρούκ έγραψε σε έναν συνάδελφο ότι δεν θα επαναλάμβανε το πείραμα για τίποτα στον κόσμο.
Το βάζο αποδείχθηκε ο πρώτος πυκνωτής: το νερό μέσα και το χέρι απέξω ήταν οι δύο οπλισμοί και το γυαλί ανάμεσά τους ο μονωτής. Πόσο φορτίο κρατούν οι οπλισμοί σε δεδομένη τάση το δείχνει η χωρητικότητα. Ένα φαράντ είναι η χωρητικότητα στην οποία τάση 1 V δίνει φορτίο 1 C. Αυτό είναι πάρα πολύ: ολόκληρη η Γη, ως σφαίρα, έχει χωρητικότητα περίπου 710 µF.
| Σύμβολο | F |
| Ορισμός | κουλόμπ ανά βολτ · C/V · kg⁻¹·m⁻²·s⁴·A² |
| Τιμές αναφοράς | ε₀ — 8,854 187 8·10⁻¹² F/m · σφαίρα ακτίνας 1 m — 111 pF · η Γη ως σφαίρα — περίπου 710 µF |
| Εισήχθη | 1881, Διεθνές Συνέδριο Ηλεκτρολόγων στο Παρίσι · στο SI από το 1960 |
| Πρότυπα | ISO 80000-6 · IEC 60384 · IEC 60062 · SI Brochure 9th ed. |
| Τυπικές τιμές | 10 pF — ακίδα παλμογράφου · 100 nF — δίπλα στους ακροδέκτες ενός τσιπ · 3000 F — υπερπυκνωτής |
01 · Ορισμός
Ένα κουλόμπ για κάθε βολτ
Η χωρητικότητα C δείχνει πόσο φορτίο πρέπει να βάλουμε σε έναν αγωγό για να ανέβει η τάση του κατά ένα βολτ. Πιο εύκολα φαίνεται με δύο πλάκες. Στη μία έρχεται συν, στην άλλη πλην, και ανάμεσά τους εμφανίζεται πεδίο. Όσο μεγαλύτερες είναι οι πλάκες και όσο πιο κοντά η μία στην άλλη, τόσο περισσότερο φορτίο χωρούν στην ίδια τάση.
Ένας μονωτής ανάμεσα στις πλάκες αυξάνει τη χωρητικότητα. Τα μόριά του στρέφονται μέσα στο πεδίο και το εξουδετερώνουν εν μέρει. Το γυαλί αυξάνει τη χωρητικότητα περίπου 7 φορές, το κεραμικό τιτανικού βαρίου χίλιες φορές και περισσότερο. Η αποθηκευμένη ενέργεια αυξάνεται με το τετράγωνο της τάσης.
Τι σημαίνει «104» πάνω σε έναν μικρό πυκνωτή
Σε έναν κεραμικό δίσκο χωρούν τρία ψηφία και ένα γράμμα. Τα δύο πρώτα ψηφία είναι η αρχή του αριθμού. Το τρίτο λέει πόσα μηδενικά προστίθενται. Όλα μαζί δίνουν τη χωρητικότητα σε πικοφαράντ. Το γράμμα μετά τα ψηφία είναι η ανοχή. Επιλέξτε ψηφία και από κάτω θα εμφανιστεί η χωρητικότητα με τα όριά της.
Για να έχουν 1 F δύο πλάκες με διάκενο αέρα 1 mm, η καθεμία θα έπρεπε να έχει εμβαδόν 113 km². Μια μεμονωμένη σφαίρα 1 F θα είχε ακτίνα 9 εκατ. km. Οι υπερπυκνωτές το παρακάμπτουν αλλιώς. Το φορτίο τους κάθεται στην επιφάνεια πορώδους άνθρακα και το διάκενο ανάμεσα στα φορτία είναι περίπου ένα νανόμετρο. Ένα γραμμάριο τέτοιου άνθρακα έχει εκατοντάδες τετραγωνικά μέτρα επιφάνειας.
Γιατί πετάγεται σπινθήρας όταν βγάζουμε το γυαλί από έναν πυκνωτή
Αριστερά είναι μια πηγή υψηλής τάσης έως 15 kV· φορτίζει δύο τετράγωνες πλάκες 20 × 20 cm μέσα από αντιστάτη 100 MΩ. Η κόκκινη πλάκα είναι το συν, η τιρκουάζ το πλην. Οι κίτρινες γραμμές είναι το πεδίο ανάμεσά τους: όσο πυκνότερες οι γραμμές, τόσο ισχυρότερο το πεδίο. Δεξιά από τις πλάκες μια στήλη συγκρίνει το πεδίο με τη διηλεκτρική αντοχή του αέρα, περίπου 3 kV/mm. Ανάμεσα στις πλάκες μπορεί να μπει ένας μονωτής. Ο μεγεθυντικός φακός δεξιά δείχνει τα μόριά του: το κόκκινο άκρο είναι συν, το τιρκουάζ πλην. Η πηγή μπορεί να αποσυνδεθεί: τότε το φορτίο δεν έχει πού να πάει. Το κουμπί «Εκφόρτιση» δίνει την ενέργεια σε μια λάμπα.
Η πηγή φορτίζει τις πλάκες.
02 · Μετατροπή
| Μονάδα | Τιμή | Πού απαντάται |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
Το «MFD» στους παλιούς πυκνωτές σημαίνει μικροφαράντ, όχι μιλιφαράντ. Τα πικοφαράντ γράφονταν «MMFD» — μικρομικροφαράντ.
Ένας υπερπυκνωτής 3000 F στα 2,7 V αποθηκεύει περίπου 11 kJ. Περίπου όσο μια αλκαλική μπαταρία AA.
Η χωρητικότητα όλης της Γης, περίπου 710 µF, είναι μικρότερη από εκείνη ενός μόνο πυκνωτή φίλτρου 1000 µF σε ένα τροφοδοτικό.
03 · Τάξεις μεγέθους
04 · Όργανα μέτρησης
05 · Κανόνες γραφής
06 · Γειτονικές μονάδες
07 · Ιστορικό μέρος
Το 1956 οι Άντριου Τόμσον και Ντάγκλας Λάμπαρντ βρήκαν έναν πυκνωτή του οποίου η χωρητικότητα μπορεί να υπολογιστεί. Τέσσερις μακριοί κύλινδροι στέκονται στις γωνίες ενός τετραγώνου. Η χωρητικότητα ανάμεσα στα απέναντι ζεύγη ανά μέτρο μήκους ισούται με ε₀·ln 2 / π, περίπου 1,953 549 pF/m. Αυτό ισχύει σχεδόν για κάθε ακριβή συμμετρία της διατομής. Το μήκος μετριέται με συμβολόμετρο λέιζερ και η χωρητικότητα προκύπτει από το μήκος.
Από το 2019 οι σταθερές h και e είναι ακριβείς και το φαράντ συνδέεται μαζί τους μέσω του ωμ. Ένα πρότυπο αντίστασης με το κβαντικό φαινόμενο Χολ συγκρίνεται με έναν πυκνωτή σε γέφυρα τετραγωνισμού σε γνωστή συχνότητα: C = 1 / (2πfR). Έτσι τα εθνικά εργαστήρια υλοποιούν το φαράντ με ακρίβεια εκατομμυριοστών.
Κατάλογος μεγεθών
όλο το ευρετήριο →Οι επτά θεμελιώδεις μονάδες του SI
Μια σταγόνα οξέος αλλάζει το χρώμα του χυμού, το αλάτι χρωματίζει τη φλόγα, το νερό παγώνει με ένα χτύπημα. Από κάτω, όλα τα φύλλα του Simetrium κατά επιστήμη και αλφαβητικά.
Άνοιγμα ευρετηρίου →