패럿
SI 유도 단위 · 양: 전기 용량
01 · 정의
한 패럿은 한 쿨롱의 전하가 한 볼트의 전압을 만드는 용량이다. 단위가 하도 커다랗게 나와서 통째로 쓰이는 일은 거의 없다. 회로의 커패시터는 피코패럿과 마이크로패럿으로 재고, 패럿이 일상에 들어온 것은 슈퍼커패시터가 나오고 나서다. 지구만 한 구의 용량은 칠백 마이크로패럿이다.
라이덴병은 역사상 첫 커패시터였다, 1745년. 그 용량은 나노패럿 남짓이다. 안팎에 금속박을 붙인 유리병이, 수도사 줄을 통째로 쓰러뜨릴 만한 전하를 담고 있었다.
극판 사이에 넣은 물질은 분극되고, 제 마당이 바깥 마당을 얼마간 지운다. 같은 전하에서 전압이 낮아지고 — 그러니 용량이 오른다. 종이는 세 배쯤, 운모는 여섯, 물은 여든, 도자기 속 티탄산바륨은 수천 배까지 준다. 높은 유전율의 값은 불안정함이다. Y5V 급 도자기는 동작 온도 범위의 끝에서 용량의 팔십 퍼센트까지 잃고 전압 아래에서 눈에 띄게 주저앉는다. 그래서 정밀한 회로에는 수수한 세 배짜리 필름을 넣는다.
02 · 환산
용량을 넣으면 자료표가 단위별로 풀어 준다
실제 부품은 피코와 마이크로패럿에 산다. 그래서 접두어가 여기서 온 힘을 다한다. 옛 도면과 편람에서는 용량의 센티미터를 만난다 — CGS 정전단위계의 단위로, 대략 한 피코패럿에 해당한다.
커패시터 표시는 세 자리이고 언제나 피코패럿 단위다. 앞의 두 자리가 값, 셋째가 영의 개수다. 코드 104는 십에 영 넷, 곧 십만 피코패럿을 뜻하고, 그것은 동시에 백 나노패럿이거나 영 점 일 마이크로패럿이다 — 한 양의 세 가지 표기가 서로 다른 제도 학파에서 쓰인다. 옆의 글자는 허용차를 준다. K는 십 퍼센트, J는 오, M은 이십.
| 단위 | 이름 | 값 | 어디서 만나는가 |
|---|---|---|---|
| F | 패럿, SI 단위 | 1 | 이 자료표의 출발 단위 |
| mF | 밀리패럿 | 1000 | 드문 접두어: 차라리 수천 마이크로패럿이라고 적는다 |
| µF | 마이크로패럿 | 1000000 | 도면에서 가장 길든 접두어 |
| nF | 나노패럿 | 10⁹ | 유럽식 표기. 미국에서는 같은 0.1 µF |
| pF | 피코패럿 | 10¹² | 그 아래로는 도체 자체의 용량이 시작된다 |
| cm | 센티미터, CGS 정전단위계 | 8.988·10¹¹ | 정전단위계에서는 용량을 길이로 쟀다 |
| R, m | 구의 반지름 | 8.988·10⁹ | 한 패럿이 되려면 반지름이 구백만 킬로미터가 된다 |
| cm | 센티미터, CGS 정전단위계 | 8.988·10¹¹ | 구의 용량은 그 반지름과 같다 |
| abF | 앱패럿, CGS 전자단위계 | 10⁻⁹ | 한 단위에 십억 패럿 |
| jar | 「병」 | 9.009·10⁸ | 라이덴병 몇 개가 한 벌을 이루는지 세었다 |
| µµF | 마이크로마이크로패럿 | 10¹² | 피코 대신 이중 접두어 |
| F | 패럿 | 1 | 이 자료표의 출발 단위 |
패럿은 쿨롱의 볼트에 대한 비이므로 둘 사이에 선다. 옴과 함께면 초를, 헨리와 함께면 회로의 공진 주파수를 준다
03 · 크기의 차수
트랜지스터에서 행성까지한 패럿: 유리컵만 한 슈퍼커패시터
04 · 측정 기기
용량은 무엇으로 재는가
부품에 알려진 주파수의 사인파를 넣고, 전류의 진폭과 위상차로 용량과 손실을 셈한다. 결과는 측정 주파수에 따라 달라진다. 전해 커패시터는 백 헤르츠와 십 킬로헤르츠에서 다른 값을 보이므로, 부품 자료표에는 주파수를 반드시 적는다.
한 팔에 표준 커패시터를 넣은 브리지 회로. 용량과 손실각의 탄젠트를 한꺼번에 맞춘다. 고전압 절연의 주된 기기이며, 케이블이나 변압기에서 손실이 늘어나는 것으로 절연 파괴보다 훨씬 앞서 유전체의 노화를 판단한다.
용량은 알려진 저항을 통해 전압의 육십삼 퍼센트에 이르는 시간을 재어 구한다. 마이크로컨트롤러에 들어 있는 기능도 그렇게 일하고, 손수 만든 측정기도 마찬가지다. 슈퍼커패시터에게는 이것이 유일한 길이다. 브리지는 그런 값을 위해 만들어지지 않았기 때문이다.
평행한 원기둥 넷. 그 단위 길이당 용량은 재어지는 단 하나의 양 — 겹침의 길이에만 달려 있다. 1956년에 찾아낸 정리는 용량을 기하에서 셈할 수 있게 했고, 수십 년 동안 전기 표준을 미터에 묶어 놓았다.
05 · 표기 규칙
µF, nF, pF — 「µµF」 따위는 없다
이중 접두어는 SI에서 금지된다. 피코패럿은 pF로 적지 「µµF」도 「mmF」도 아니다. 옛 도면에서는 둘 다 만나지만. 기호 F는 대문자이고, 그 옆의 °F는 화씨도로 다른 양이다. 커패시터 표시에서 「104」는 10·10⁴ pF, 곧 100 nF를 뜻한다.
전해 커패시터는 극성이 있고, 표시의 전압은 한계이지 동작점이 아니다. 16 V짜리 커패시터는 12 V 회로에서 여러 해를, 15 V 회로에서는 몇 달을 산다. 아마추어 무선의 버릇은 폐지된 접두어 둘을 남겼다. 「µµF」와 「mmF」는 피코패럿을 뜻했다. CGS 정전단위계의 역사적인 스탯패럿은 센티미터와 같다. 정전 단위에서는 용량을 길이로 쟀기 때문이다.
06 · 이웃 단위
패럿은 전하와 전압 사이에 서고, 헨리와 짝을 이루면 진동 회로의 주파수를 정한다 — 바로 라디오를 방송국에 맞추는 그 회로다.
에너지 식에 있는 전압의 제곱은 전압을 두 배로 하면 네 배를 저장한다는 뜻이다 — 그래서 슈퍼커패시터에서는 패럿이 아니라 한 볼트를 더 얻으려고 다툰다. Simetrium의 자료표 가운데 패럿 곁에 놓이는 것은 자료표 가운데 패럿 곁에 놓이는 것은 쿨롱 와 볼트 정의로부터, 헨리 진동 회로의 짝이 되는 양으로, 옴 시상수에서 온 것과 줄 저장된 에너지의.
07 · 역사 부문
패럿 이전에는 용량을 무엇으로 셌는가
피터르 판 뮈스헨브루크는 스스로 말하기를, 프랑스의 왕관을 준대도 실험을 되풀이하지 않겠다고 할 만큼 센 충격을 받았다. 라이덴병이 담고 있던 것은 나노패럿 남짓 — 그것으로 사람 하나를 쓰러뜨리기에 넉넉했다.
패러데이는 체계적인 교육을 받지 못했고 수학도 다루지 못했지만, 전기공학에 마당과 유도와 전기분해를 준 것은 바로 그의 실험이었다. 용량의 단위는 그의 이름을 땄다.
전기 기술자 대회는 볼트, 암페어, 옴과 함께 쿨롱과 볼트로 패럿을 정했다. 실무는 곧바로 마이크로패럿으로 옮겨 갔다. 그 시절에는 사람 손으로 만든 어떤 물건도 온전한 한 패럿의 용량을 갖지 못했다.
전기 이중층 커패시터의 특허는 제너럴 일렉트릭이 냈지만, 제품으로 만든 것은 일본의 NEC였다. 1978년 테이프 녹음기의 기억용으로 「슈퍼커패시터」를 내놓았다. 오늘날 삼천 패럿짜리 슈퍼커패시터가 손바닥에 들어간다.
단위를 하도 잘못 골라서 거의 이백 년 동안 아무도 쓰지 않았다
용량은 순수한 기하로 표준기를 세울 수 있는 유일한 전기량이다. 1956년 톰프슨과 램파드의 정리는, 평행한 원기둥 전극 넷으로 이루어진 계에서 단위 길이당 용량이 오로지 전기 상수에만 달려 있고 다른 무엇에도 달려 있지 않다고 말한다. 막대의 지름에도, 그 사이의 거리에도. 움직이는 가림막으로 겹침 길이만 재면 — 용량은 계산으로 알려진다. 그런 계산 가능 커패시터는 미터당 이 피코패럿쯤을 주었고, 각국 용량 표준의 바탕이 되었으며, 그것을 통해 옴 표준의 바탕이 되었다. 저항은 용량과 주파수에서 얻어지기 때문이다. 양자 홀 효과가 1990년 이 사슬을 끊고 옴을 일차적인 것으로 만들었다. 그러나 계산 가능 커패시터는 독립된 검증으로 실험실에 남았다 — 두 길 사이의 차이는 오늘날에도 전기 표준이 서로 맞는지 보는 시험 가운데 하나다.
목록 · 측정 단위
양마다 하나의 자료표
SI 기본 단위 일곱, 고유한 이름을 가진 유도 단위 스물둘, 그리고 기술에도 일상에도 없어서는 안 되는 SI 밖의 단위들. 저마다 한 장씩: 정의, 환산, 기기, 표기 규칙. 36개 언어로.
고유한 이름을 가진 SI 유도 단위
패럿 자료표가 열려 있음SI 기본 단위
테라코타색은 패럿을 이루는 네 단위다른 체계에서의 용량
자료표 언어
36 언어. 기호 F는 국제적이지만 값을 적는 법은 그렇지 않다. 유럽 도면에서는 백 나노패럿, 미국 도면에서는 영 점 일 마이크로패럿 — 자료표는 표기를 그 고장의 관행에 맞춘다.