Farad
Satuan turunan SI · besaran: kapasitansi listrik
01 · Definisi
Satu farad adalah kapasitansi yang padanya muatan satu coulomb menimbulkan tegangan satu volt. Satuan ini keluar begitu raksasa sehingga hampir tidak pernah dipakai utuh: kapasitor dalam rangkaian diukur dalam pikofarad dan mikrofarad, sedangkan farad baru masuk pemakaian sehari-hari bersama superkapasitor. Kapasitansi bola sebesar Bumi adalah tujuh ratus mikrofarad.
Botol Leiden adalah kapasitor pertama dalam sejarah, tahun 1745. Kapasitansinya sekitar satu nanofarad: sebuah botol kaca berlapis kertas timah di dalam dan di luar menahan muatan yang menjatuhkan barisan utuh para rahib.
Zat yang ditaruh di antara kedua pelat terkutubkan, medannya sendiri sebagian meniadakan medan luar, tegangan pada muatan yang sama pun turun — jadi kapasitansi naik. Kertas memberikan pengali sekitar tiga, mika enam, air delapan puluh, barium titanat dalam keramik sampai beberapa ribu. Harga permitivitas tinggi adalah ketidakstabilan: keramik kelas Y5V kehilangan sampai delapan puluh persen kapasitansinya di ujung-ujung rentang suhu kerja dan melorot nyata di bawah tegangan, karena itu pada rangkaian yang teliti dipasang film dengan angka tiganya yang bersahaja.
02 · Konversi
Masukkan sebuah kapasitansi — lembar ini akan menguraikannya menurut satuan
Komponen nyata hidup dalam piko- dan mikrofarad, sehingga awalan di sini bekerja penuh. Pada skema dan buku pegangan lama dijumpai sentimeter kapasitansi — satuan sistem CGS-ES, sama dengan kira-kira satu pikofarad.
Penandaan kapasitor terdiri atas tiga angka dan selalu dalam pikofarad: dua angka pertama adalah nilainya, angka ketiga adalah banyaknya nol. Kode 104 berarti sepuluh dengan empat nol, yaitu seratus ribu pikofarad, yang sekaligus seratus nanofarad atau nol koma satu mikrofarad — tiga penulisan satu besaran, yang dijumpai pada mazhab gambar teknik yang berbeda. Huruf di sebelahnya memberi toleransi: K sepuluh persen, J lima, M dua puluh.
| Satuan | Nama | Nilai | Di mana dijumpai |
|---|---|---|---|
| F | farad, satuan SI | 1 | satuan awal lembar ini |
| mF | milifarad | 1000 | awalan langka: lebih sering ditulis ribuan mikrofarad |
| µF | mikrofarad | 1000000 | awalan yang paling akrab pada skema |
| nF | nanofarad | 10⁹ | penulisan Eropa; di Amerika 0,1 µF yang sama |
| pF | pikofarad | 10¹² | di bawahnya mulai kapasitansi penghantar itu sendiri |
| cm | sentimeter, CGS-ES | 8,988·10¹¹ | dalam sistem elektrostatik kapasitansi diukur dengan panjang |
| R, m | jari-jari bola | 8,988·10⁹ | untuk satu farad jari-jarinya akan mencapai sembilan juta kilometer |
| cm | sentimeter, CGS-ES | 8,988·10¹¹ | kapasitansi sebuah bola sama dengan jari-jarinya |
| abF | abfarad, CGS-EM | 10⁻⁹ | satu miliar farad dalam satu satuan |
| jar | «guci» | 9,009·10⁸ | dihitung berapa botol Leiden menyusun satu baterai |
| µµF | mikromikrofarad | 10¹² | awalan ganda alih-alih piko |
| F | farad | 1 | satuan awal lembar ini |
Farad adalah nisbah coulomb terhadap volt, karena itu ia berdiri di antara keduanya. Dengan ohm ia memberi detik, dengan henry frekuensi resonansi rangkaian
03 · Orde besaran
dari transistor sampai planetSatu farad: superkapasitor sebesar gelas
04 · Alat ukur
Dengan apa kapasitansi diukur
Ia memberikan gelombang sinus berfrekuensi diketahui pada komponen, lalu dari amplitudo dan geseran fase arus menghitung kapasitansi dan rugi. Hasilnya bergantung pada frekuensi pengukuran: elektrolit pada seratus hertz dan pada sepuluh kilohertz akan menunjukkan nilai berbeda, dan pada lembar komponen frekuensi selalu dicantumkan.
Rangkaian jembatan dengan kapasitor baku pada satu lengan: kapasitansi dan tangen sudut rugi diseimbangkan sekaligus. Inilah alat utama isolasi tegangan tinggi — dari bertambahnya rugi pada kabel atau transformator, penuaan dielektrik dinilai jauh sebelum tembus.
Kapasitansi diperoleh dengan menghitung waktu sampai tercapai enam puluh tiga persen tegangan melalui hambatan yang diketahui. Begitulah fungsi bawaan pada mikrokontroler bekerja, dan setiap alat ukur buatan sendiri pun demikian; bagi superkapasitor inilah satu-satunya jalan, sebab jembatan tidak dirancang untuk nilai seperti itu.
Empat silinder sejajar yang kapasitansinya per satuan panjang hanya bergantung pada satu besaran terukur — panjang tumpang tindih. Teorema yang ditemukan pada 1956 memungkinkan kapasitansi dihitung dari geometri dan selama berpuluh tahun mengikat standar listrik pada meter.
05 · Aturan penulisan
µF, nF, pF — dan tidak ada «µµF»
Awalan ganda dilarang dalam SI: pikofarad ditulis pF, bukan «µµF» dan bukan «mmF», meskipun pada skema lama keduanya dijumpai. Lambang F berhuruf besar; °F di sebelahnya adalah derajat Fahrenheit, besaran lain. Pada penandaan kapasitor «104» berarti 10·10⁴ pF, yaitu 100 nF.
Kapasitor elektrolit berkutub, dan tegangan pada penandaan adalah batas, bukan titik kerja: kapasitor 16 V hidup bertahun-tahun pada rangkaian 12 V dan berbulan-bulan pada rangkaian 15 V. Kebiasaan para amatir radio mempertahankan dua awalan yang telah dihapus: «µµF» dan «mmF» berarti pikofarad. Statfarad bersejarah dari sistem CGS-ES sama dengan sentimeter: dalam satuan elektrostatik kapasitansi diukur dengan panjang.
06 · Satuan tetangga
Farad berdiri di antara muatan dan tegangan, dan berpasangan dengan henry ia menetapkan frekuensi rangkaian osilasi — justru rangkaian yang menyetel radio ke sebuah stasiun.
Kuadrat tegangan dalam rumus energi berarti bahwa melipatduakan tegangan menyimpan empat kali lebih banyak — karena itu pada superkapasitor orang memperebutkan setiap volt tambahan, bukan farad. Dari lembar-lembar Simetrium, yang bertetangga dengan farad adalah lembar-lembar Simetrium bertetangga dengan farad coulomb dan volt dari definisi, henry sebagai besaran pasangan rangkaian, ohm dari tetapan waktu dan joule dari energi yang tersimpan.
07 · Bagian sejarah
Dengan apa kapasitansi dihitung sebelum farad
Pieter van Musschenbroek menerima sengatan sedemikian kuat sehingga, menurut kata-katanya sendiri, ia tidak akan mengulangi percobaan itu bahkan demi mahkota Prancis. Botol Leiden menahan sekitar satu nanofarad — dan itu sudah cukup untuk merobohkan seorang manusia.
Faraday tidak memperoleh pendidikan yang teratur dan tidak menguasai matematika, tetapi justru percobaan-percobaannyalah yang memberi teknik listrik medan, imbas, dan elektrolisis sekaligus. Satuan kapasitansi dinamai menurut namanya.
Kongres para ahli listrik menetapkan farad melalui coulomb dan volt, bersama volt, ampere dan ohm. Praktik segera beralih ke mikrofarad: pada tahun-tahun itu tidak ada satu pun benda buatan tangan manusia yang berkapasitansi satu farad penuh.
Paten kapasitor lapis ganda diajukan oleh General Electric, tetapi yang membawanya menjadi produk adalah NEC dari Jepang, yang pada 1978 mengeluarkan «superkapasitor» untuk memori perekam pita. Kini superkapasitor tiga ribu farad muat di telapak tangan.
Satuan ini dipilih begitu malang sehingga hampir dua ratus tahun tak seorang pun memakainya
Kapasitansi adalah satu-satunya besaran listrik yang standarnya dapat dibangun dari geometri murni. Teorema Thompson dan Lampard tahun 1956 menyatakan bahwa pada sistem empat elektroda silinder sejajar, kapasitansi per satuan panjang hanya bergantung pada tetapan listrik dan tidak pada apa pun lagi: tidak pada garis tengah batang, tidak pula pada jarak di antaranya. Cukup mengukur panjang tumpang tindih dengan tirai yang dapat digeser — dan kapasitansi diketahui melalui perhitungan. Kapasitor terhitung semacam itu memberikan sekitar dua pikofarad per meter dan menjadi dasar bagi standar kapasitansi nasional, dan melalui standar itu bagi standar ohm, sebab hambatan diperoleh dari kapasitansi dan frekuensi. Efek Hall kuantum memutus rantai itu pada 1990 dengan menjadikan ohm sebagai yang utama; namun kapasitor terhitung tetap tinggal di laboratorium sebagai pemeriksaan bebas — selisih antara dua jalan itu sampai hari ini menjadi salah satu uji keselarasan standar listrik.
Katalog · satuan ukuran
Satu lembar untuk tiap besaran
Tujuh satuan dasar SI, dua puluh dua satuan turunan bernama sendiri, dan satuan di luar sistem yang tak dapat ditinggalkan baik oleh teknik maupun kehidupan sehari-hari. Masing-masing punya lembarnya: definisi, konversi, alat, aturan penulisan. Dalam 36 bahasa.
Satuan turunan SI bernama sendiri
lembar farad terbukaSatuan dasar SI
berwarna terakota — empat satuan yang menyusun faradKapasitansi dalam sistem lain
Bahasa lembar
36 bahasa. Lambang F bersifat internasional, tetapi cara menulis sebuah nilai tidak: seratus nanofarad pada skema Eropa, nol koma satu mikrofarad pada skema Amerika — lembar ini membawa penulisan ke kebiasaan setempat.