Faradi
Vuonna 1746 Leidenissä Pieter van Musschenbroek kaatoi vettä lasiruukkuun ja laski siihen metallilangan. Lanka varattiin sähkökoneella. Avustaja piti ruukkua toisessa kädessään ja kosketti lankaa toisella. Isku oli niin voimakas, että Musschenbroek kirjoitti kollegalleen, ettei toistaisi koetta mistään hinnasta.
Ruukku osoittautui ensimmäiseksi kondensaattoriksi: sisällä oleva vesi ja ulkopuolella oleva käsi olivat sen kaksi levyä, ja niiden välissä oleva lasi oli eriste. Kuinka paljon varausta levyt pitävät tietyllä jännitteellä, kertoo kapasitanssi. Yksi faradi on kapasitanssi, jolle 1 V:n jännite antaa 1 C:n varauksen. Se on hyvin paljon: koko maapallon kapasitanssi palloksi ajateltuna on noin 710 µF.
| Merkintä | F |
| Määritelmä | coulombi voltilta · C/V · kg⁻¹·m⁻²·s⁴·A² |
| Vertailuarvot | ε₀ — 8,854 187 8·10⁻¹² F/m · pallo, jonka säde on 1 m — 111 pF · Maa pallona — noin 710 µF |
| Otettiin käyttöön | 1881, kansainvälinen sähköteknikkojen kongressi Pariisissa · SI-järjestelmässä vuodesta 1960 |
| Standardit | ISO 80000-6 · IEC 60384 · IEC 60062 · SI Brochure 9th ed. |
| Tyypillisiä arvoja | 10 pF — oskilloskoopin mittapää · 100 nF — mikropiirin nastojen vieressä · 3000 F — superkondensaattori |
01 · Määritelmä
Coulombi jokaista volttia kohti
Kapasitanssi C kertoo, kuinka paljon varausta johteeseen on tuotava, jotta sen jännite nousisi yhdellä voltilla. Helpoimmin tämän näkee kahdella levyllä. Toinen saa plusvarauksen, toinen miinusvarauksen, ja niiden väliin syntyy kenttä. Mitä suuremmat levyt ovat ja mitä lähempänä toisiaan ne ovat, sitä enemmän varausta niihin mahtuu samalla jännitteellä.
Levyjen välissä oleva eriste kasvattaa kapasitanssia. Sen molekyylit kääntyvät kentässä ja kumoavat sitä osittain. Lasi kasvattaa kapasitanssia noin 7-kertaiseksi, bariumtitanaattikeramiikka tuhatkertaiseksi ja enemmänkin. Varastoitunut energia kasvaa jännitteen neliön mukaan.
Mitä ”104” tarkoittaa pienessä kondensaattorissa
Keraamiseen kiekkoon mahtuu kolme numeroa ja kirjain. Kaksi ensimmäistä numeroa ovat luvun alku. Kolmas kertoo, montako nollaa sen perään lisätään. Yhdessä ne antavat kapasitanssin pikofaradeina. Numeroiden jälkeinen kirjain on toleranssi. Valitse numerot, niin alle tulee kapasitanssi rajoineen.
Jotta kahdesta levystä, joiden välissä on 1 mm:n ilmarako, saataisiin 1 F, kummankin levyn pinta-alan pitäisi olla 113 km². Eristetyn 1 F:n pallon säde olisi 9 milj. km. Superkondensaattorit kiertävät tämän toisin. Niissä varaus pysyy huokoisen hiilen pinnalla, ja varausten välinen rako on noin nanometrin. Yhdessä grammassa tällaista hiiltä on satoja neliömetrejä pintaa.
Miksi kipinä iskee, kun lasi vedetään pois kondensaattorista
Vasemmalla on suurjännitelähde, jännite enintään 15 kV; se lataa kaksi neliön muotoista 20 × 20 cm:n levyä 100 MΩ:n vastuksen kautta. Punainen levy on plus, turkoosi miinus. Keltaiset viivat ovat niiden välinen kenttä: mitä tiheämmässä viivat ovat, sitä voimakkaampi kenttä. Levyjen oikealla puolella pylväs vertaa kenttää ilman läpilyöntilujuuteen, noin 3 kV/mm. Levyjen väliin voi työntää eristeen. Oikealla suurennuslasi näyttää sen molekyylit: punainen pää on plus, turkoosi miinus. Lähteen voi irrottaa: silloin varaus ei pääse minnekään. ”Pura”-painike antaa energian lampulle.
Lähde lataa levyjä.
02 · Muunnos
| Yksikkö | Arvo | Missä esiintyy |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
”MFD” vanhoissa kondensaattoreissa tarkoittaa mikrofaradeja, ei millifaradeja. Pikofaradit kirjoitettiin ”MMFD” — mikromikrofaradit.
3000 F:n superkondensaattori varastoi 2,7 V:n jännitteellä noin 11 kJ. Se on suunnilleen saman verran kuin alkalisessa AA-paristossa.
Koko Maan kapasitanssi, noin 710 µF, on pienempi kuin yhden virtalähteen 1000 µF:n suodatinkondensaattorin.
03 · Suuruusluokat
04 · Mittalaitteet
05 · Kirjoitussäännöt
06 · Naapuriyksiköt
07 · Historiallinen osa
Vuonna 1956 Andrew Thompson ja Douglas Lampard löysivät kondensaattorin, jonka kapasitanssin voi laskea. Neljä pitkää sylinteriä on neliön kulmissa. Vastakkaisten parien välinen kapasitanssi metrin pituutta kohti on ε₀·ln 2 / π, noin 1,953 549 pF/m. Tämä pätee lähes millä tahansa poikkileikkauksen tarkalla symmetrialla. Pituus mitataan laserinterferometrillä, ja kapasitanssi saadaan pituudesta.
Vuodesta 2019 vakiot h ja e ovat olleet tarkkoja, ja faradi on sidottu niihin ohmin kautta. Kvantti-Hall-ilmiöön perustuvaa resistanssinormaalia verrataan kondensaattoriin kvadratuurisillassa tunnetulla taajuudella: C = 1 / (2πfR). Näin kansalliset laboratoriot toteuttavat faradin miljoonasosien tarkkuudella.
Suureluettelo
koko hakemisto →SI-järjestelmän seitsemän perusyksikköä
Happotippa muuttaa mehun värin, suola värjää liekin, vesi jäätyy koputuksesta. Niiden alla kaikki Simetriumin lehdet aloittain ja aakkosittain.
Avaa hakemisto →