Faradio
Unidad derivada del SI · magnitud: capacidad eléctrica
01 · Definición
Un faradio es la capacidad en la que una carga de un culombio crea una tensión de un voltio. La unidad salió tan enorme que casi nunca se usa entera: los condensadores de los circuitos se miden en picofaradios y microfaradios, y el faradio entró en el uso corriente solo con los supercondensadores. La capacidad de una esfera del tamaño de la Tierra es de setecientos microfaradios.
La botella de Leiden fue el primer condensador de la historia, en 1745. Su capacidad ronda el nanofaradio: una botella de vidrio con lámina metálica por dentro y por fuera retenía una carga que derribaba filas enteras de monjes.
Una sustancia colocada entre las placas se polariza, su propio campo anula en parte el exterior, la tensión para la misma carga baja — y por tanto la capacidad sube. El papel da un factor de unos tres, la mica seis, el agua ochenta, el titanato de bario en la cerámica hasta varios miles. El precio de una permitividad alta es la inestabilidad: la cerámica de clase Y5V pierde hasta el ochenta por ciento de su capacidad en los bordes del intervalo de temperatura de trabajo y cae notablemente bajo tensión, por eso en los circuitos precisos se pone película con su modesto tres.
02 · Conversión
Introduzca una capacidad — la ficha la desglosará por unidades
Las piezas reales viven en pico- y microfaradios, así que aquí los prefijos trabajan a pleno. En esquemas y manuales antiguos se encuentran centímetros de capacidad — una unidad del sistema CGS-ES, igual a alrededor de un picofaradio.
El marcado de los condensadores es de tres cifras y siempre en picofaradios: las dos primeras cifras son el valor, la tercera el número de ceros. El código 104 significa diez con cuatro ceros, es decir cien mil picofaradios, que son también cien nanofaradios o cero coma uno microfaradios — tres escrituras de una misma magnitud, presentes en distintas escuelas de dibujo. La letra contigua da la tolerancia: K es el diez por ciento, J el cinco, M el veinte.
| Unidad | Nombre | Valor | Dónde se encuentra |
|---|---|---|---|
| F | faradio, unidad del SI | 1 | la unidad de partida de esta ficha |
| mF | milifaradio | 1000 | prefijo raro: se escriben más bien miles de microfaradios |
| µF | microfaradio | 1000000 | el prefijo más familiar de los esquemas |
| nF | nanofaradio | 10⁹ | la escritura europea; en América los mismos 0,1 µF |
| pF | picofaradio | 10¹² | por debajo empieza la capacidad de los propios conductores |
| cm | centímetro, CGS-ES | 8,988·10¹¹ | en el sistema electrostático la capacidad se medía por longitud |
| R, m | radio de una esfera | 8,988·10⁹ | para un faradio el radio llegaría a nueve millones de kilómetros |
| cm | centímetro, CGS-ES | 8,988·10¹¹ | la capacidad de una esfera es igual a su radio |
| abF | abfaradio, CGS-EM | 10⁻⁹ | mil millones de faradios en una sola unidad |
| jar | la «jarra» | 9,009·10⁸ | se contaba cuántas botellas de Leiden formaban una batería |
| µµF | micromicrofaradio | 10¹² | un prefijo doble en lugar de pico |
| F | faradio | 1 | la unidad de partida de esta ficha |
El faradio es la razón entre el culombio y el voltio, por eso está entre ellos. Con el ohmio da segundos, con el henrio la frecuencia de resonancia de un circuito
03 · Órdenes de magnitud
del transistor al planetaUn faradio: un supercondensador del tamaño de un vaso
04 · Instrumentos de medida
Con qué se mide la capacidad
Aplica a la pieza una sinusoide de frecuencia conocida y, por la amplitud y el desfase de la corriente, calcula la capacidad y las pérdidas. El resultado depende de la frecuencia de medida: un electrolítico a cien hercios y a diez kilohercios mostrará valores distintos, y en la ficha de la pieza la frecuencia se indica siempre.
Un montaje en puente con un condensador patrón en una rama: se equilibran a la vez la capacidad y la tangente del ángulo de pérdidas. Es el aparato principal del aislamiento de alta tensión — por el crecimiento de las pérdidas en un cable o un transformador se juzga el envejecimiento del dieléctrico mucho antes de la perforación.
La capacidad se obtiene cronometrando el tiempo que tarda en alcanzarse el sesenta y tres por ciento de la tensión a través de una resistencia conocida. Así funciona la función integrada de los microcontroladores y cualquier medidor casero; para los supercondensadores es el único camino, porque los puentes no están pensados para tales valores.
Cuatro cilindros paralelos cuya capacidad por unidad de longitud depende de una sola magnitud medida — la longitud de solapamiento. El teorema, hallado en 1956, permitió calcular la capacidad a partir de la geometría y ató durante décadas los patrones eléctricos al metro.
05 · Reglas de escritura
µF, nF, pF — y nada de «µµF»
Los prefijos dobles están prohibidos en el SI: el picofaradio se escribe pF, y no «µµF» ni «mmF», aunque en los esquemas antiguos aparecen ambos. El símbolo F es mayúscula; el °F de al lado es el grado Fahrenheit, otra magnitud. En el marcado de condensadores «104» significa 10·10⁴ pF, es decir 100 nF.
Los condensadores electrolíticos son polarizados, y la tensión del marcado es un límite, no un punto de trabajo: un condensador de 16 V vive años en un circuito de 12 V y meses en uno de 15 V. La costumbre de los radioaficionados ha conservado dos prefijos abolidos: «µµF» y «mmF» significaban el picofaradio. El statfaradio histórico del sistema CGS-ES es igual al centímetro: en unidades electrostáticas la capacidad se medía por longitud.
06 · Unidades vecinas
El faradio está entre la carga y la tensión, y en pareja con el henrio fija la frecuencia de un circuito oscilante — ese mismo circuito que sintoniza una radio en una emisora.
carga en la placa
culombio por voltio
la magnitud emparejada en el circuito sintonizado
El cuadrado de la tensión en la fórmula de la energía significa que duplicar la tensión almacena cuatro veces más — por eso en los supercondensadores se pelea por cada voltio de más y no por faradios. De las fichas de Simetrium, al faradio lindan las fichas de Simetrium lindan con el faradio culombio y voltio de la definición, henrio como magnitud emparejada del circuito sintonizado, ohmio de la constante de tiempo y julio de la energía almacenada.
07 · Sección histórica
En qué se contaba la capacidad antes del faradio
Pieter van Musschenbroek recibió una sacudida de tal fuerza que, según sus propias palabras, no habría repetido el experimento ni por la corona de Francia. La botella de Leiden retenía cerca de un nanofaradio — y eso bastaba para derribar a un hombre.
Faraday no recibió educación sistemática ni dominaba las matemáticas, pero fueron justamente sus experimentos los que dieron a la electrotecnia el campo, la inducción y la electrólisis. La unidad de capacidad se nombró en su honor.
El congreso de electricistas definió el faradio mediante el culombio y el voltio, junto con el voltio, el amperio y el ohmio. La práctica pasó enseguida a los microfaradios: en aquellos años ningún objeto hecho por el hombre tenía una capacidad de un faradio entero.
La patente del condensador de doble capa la presentó General Electric, pero fue la japonesa NEC la que lo llevó al producto, sacando en 1978 un «supercondensador» para la memoria de los magnetófonos. Hoy un supercondensador de tres mil faradios cabe en la palma de la mano.
La unidad se eligió tan mal que durante casi doscientos años nadie la usó
La capacidad es la única magnitud eléctrica cuyo patrón puede construirse a partir de pura geometría. El teorema de Thompson y Lampard, de 1956, afirma que en un sistema de cuatro electrodos cilíndricos paralelos la capacidad por unidad de longitud depende solo de la constante eléctrica y de nada más: ni del diámetro de las barras ni de las distancias entre ellas. Basta medir la longitud de solapamiento con una pantalla móvil — y la capacidad se conoce por cálculo. Semejante condensador calculable daba unos dos picofaradios por metro y sirvió de base a los patrones nacionales de capacidad y, a través de ellos, a los patrones de ohmio, ya que la resistencia se obtiene de la capacidad y la frecuencia. El efecto Hall cuántico rompió esa cadena en 1990 al hacer primario el ohmio; los condensadores calculables, sin embargo, quedaron en los laboratorios como comprobación independiente — la discrepancia entre ambos caminos sigue sirviendo como una de las pruebas de coherencia de los patrones eléctricos.
Catálogo · unidades de medida
Una ficha para cada magnitud
Siete unidades básicas del SI, veintidós derivadas con nombre propio y las unidades ajenas al sistema sin las que no se apañan ni la técnica ni la vida diaria. Cada una, una hoja aparte: definición, conversión, instrumentos, reglas de escritura. En 20 idiomas.
Unidades derivadas del SI con nombre propio
ficha del faradio abiertaUnidades básicas del SI
en terracota — las cuatro unidades de las que se compone el faradioLa capacidad en otros sistemas
Idioma de la ficha
20 idiomas. El símbolo F es internacional, pero la escritura de un valor no lo es: cien nanofaradios en los esquemas europeos, cero coma uno microfaradios en los americanos — la ficha ajusta la notación a la práctica local.