Faradio
En 1746, en Leiden, Pieter van Musschenbroek echó agua en un frasco de vidrio y metió en él un hilo metálico. Lo cargaron con una máquina eléctrica. Un ayudante sostenía el frasco con una mano y tocó el hilo con la otra. La descarga fue tan fuerte que Musschenbroek escribió a un colega que no repetiría el experimento por nada del mundo.
El frasco resultó ser el primer condensador: el agua de dentro y la mano de fuera eran las dos armaduras, y el vidrio entre ellas, el aislante. La capacidad indica cuánta carga retienen las armaduras a una tensión dada. Un faradio es la capacidad que, con una tensión de 1 V, adquiere una carga de 1 C. Es muchísimo: toda la Tierra, como esfera, tiene una capacidad de unos 710 µF.
| Notación | F |
| Definición | culombio por voltio · C/V · kg⁻¹·m⁻²·s⁴·A² |
| Valores de referencia | ε₀ — 8,854 187 8·10⁻¹² F/m · esfera de 1 m de radio — 111 pF · la Tierra como esfera — unos 710 µF |
| Introducida | 1881, Congreso Internacional de Electricidad en París · en el SI desde 1960 |
| Normas | ISO 80000-6 · IEC 60384 · IEC 60062 · SI Brochure 9th ed. |
| Valores típicos | 10 pF — sonda de osciloscopio · 100 nF — junto a las patillas de un chip · 3000 F — supercondensador |
01 · Definición
Un culombio por cada voltio
La capacidad C indica cuánta carga hay que poner en un conductor para que su tensión suba un voltio. Lo más fácil es verlo con dos placas. A una llega el positivo, a la otra el negativo, y entre ellas aparece un campo. Cuanto más grandes son las placas y más cerca están una de otra, más carga admiten con la misma tensión.
Un aislante entre las placas aumenta la capacidad. Sus moléculas giran en el campo y lo debilitan en parte. El vidrio multiplica la capacidad por unos 7; la cerámica de titanato de bario, por mil o más. La energía almacenada crece con el cuadrado de la tensión.
Qué significa «104» en un condensador pequeño
En un disco cerámico caben tres cifras y una letra. Las dos primeras cifras son el comienzo del número. La tercera indica cuántos ceros hay que añadirle. Todo junto da la capacidad en picofaradios. La letra que sigue a las cifras es la tolerancia. Elija las cifras y abajo aparecerá la capacidad con sus límites.
Para obtener 1 F con dos placas separadas por 1 mm de aire, cada placa debería medir 113 km². Una esfera aislada de 1 F tendría un radio de 9 millones de km. Los supercondensadores lo resuelven de otro modo. En ellos la carga se acumula en la superficie de un carbón poroso, y la separación entre las cargas es de alrededor de un nanómetro. Un gramo de ese carbón tiene cientos de metros cuadrados de superficie.
Por qué salta una chispa al sacar el vidrio de un condensador
A la izquierda, una fuente de alta tensión de hasta 15 kV carga dos placas cuadradas de 20 × 20 cm a través de una resistencia de 100 MΩ. La placa roja es el positivo; la turquesa, el negativo. Las líneas amarillas son el campo entre ellas: cuanto más densas, más intenso es el campo. A la derecha de las placas, una columna compara el campo con la rigidez dieléctrica del aire, unos 3 kV/mm. Entre las placas se puede introducir un aislante. La lupa de la derecha muestra sus moléculas: el extremo rojo es el positivo; el turquesa, el negativo. La fuente se puede desconectar: entonces la carga no tiene adónde ir. El botón «Descargar» entrega la energía a una lámpara.
La fuente está cargando las placas.
02 · Conversión
| Unidad | Valor | Dónde se encuentra |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
«MFD» en los condensadores antiguos significa microfaradios, no milifaradios. Los picofaradios se escribían «MMFD» — micromicrofaradios.
Un supercondensador de 3000 F a 2,7 V almacena unos 11 kJ. Es más o menos lo mismo que una pila alcalina AA.
La capacidad de toda la Tierra, unos 710 µF, es menor que la de un solo condensador de filtro de 1000 µF de una fuente de alimentación.
03 · Órdenes de magnitud
04 · Instrumentos de medida
05 · Reglas de escritura
06 · Unidades vecinas
07 · Sección histórica
En 1956, Andrew Thompson y Douglas Lampard encontraron un condensador cuya capacidad se puede calcular. Cuatro cilindros largos se sitúan en las esquinas de un cuadrado. La capacidad entre los pares opuestos por metro de longitud es ε₀·ln 2 / π, unos 1,953 549 pF/m. Esto se cumple para casi cualquier sección con simetría exacta. La longitud se mide con un interferómetro láser, y la capacidad se deduce de la longitud.
Desde 2019 las constantes h y e son exactas, y el faradio está ligado a ellas a través del ohmio. Un patrón de resistencia basado en el efecto Hall cuántico se compara con un condensador en un puente de cuadratura a una frecuencia conocida: C = 1 / (2πfR). Así obtienen los laboratorios nacionales el faradio con una exactitud de partes por millón.
Catálogo de magnitudes
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Una gota de ácido cambia el color del jugo, la sal tiñe la llama, el agua se congela con un golpe. Debajo, todas las fichas de Simetrium, por disciplina y por orden alfabético.
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