Farad
Pada tahun 1746 di Leiden, Pieter van Musschenbroek menuang air ke dalam balang kaca dan memasukkan seutas dawai ke dalamnya. Balang itu dicas daripada mesin elektrik. Pembantunya memegang balang dengan sebelah tangan dan menyentuh dawai dengan tangan yang lain. Kejutannya begitu kuat sehingga Musschenbroek menulis kepada seorang rakan bahawa dia tidak akan mengulangi uji kaji itu walau apa pun yang berlaku.
Balang itu ternyata kapasitor pertama: air di dalam dan tangan di luar ialah dua kepingan, dan kaca di antaranya ialah penebat. Berapa banyak cas yang ditampung kepingan pada voltan tertentu ditunjukkan oleh kemuatan. Satu farad ialah kemuatan yang menerima cas 1 C apabila diberi voltan 1 V. Itu sangat besar: seluruh Bumi sebagai sfera mempunyai kemuatan kira-kira 710 µF.
| Tanda | F |
| Definisi | coulomb sevolt · C/V · kg⁻¹·m⁻²·s⁴·A² |
| Nilai rujukan | ε₀ — 8.854 187 8·10⁻¹² F/m · sfera berjejari 1 m — 111 pF · Bumi sebagai sfera — kira-kira 710 µF |
| Diperkenalkan | 1881, Kongres Elektrik Antarabangsa di Paris · dalam SI sejak 1960 |
| Piawaian | ISO 80000-6 · IEC 60384 · IEC 60062 · SI Brochure 9th ed. |
| Nilai lazim | 10 pF — kuar osiloskop · 100 nF — di sebelah kaki cip · 3000 F — superkapasitor |
01 · Definisi
Satu coulomb bagi setiap volt
Kemuatan C menunjukkan berapa banyak cas yang perlu diletakkan pada konduktor supaya voltannya naik satu volt. Paling mudah melihatnya pada dua kepingan. Satu kepingan menerima cas positif, satu lagi negatif, dan medan terbentuk di antara keduanya. Semakin besar kepingan dan semakin dekat jaraknya, semakin banyak cas yang ditampungnya pada voltan yang sama.
Penebat di antara kepingan menambah kemuatan. Molekulnya berpusing dalam medan dan sebahagiannya melemahkan medan itu. Kaca menambah kemuatan kira-kira 7 kali, seramik barium titanat seribu kali dan lebih. Tenaga yang tersimpan bertambah mengikut kuasa dua voltan.
Apa maksud «104» pada kapasitor kecil
Pada cakera seramik hanya muat tiga digit dan satu huruf. Dua digit pertama ialah permulaan nombor. Digit ketiga menyatakan berapa sifar yang ditambah. Kesemuanya bersama ialah kemuatan dalam pikofarad. Huruf selepas digit ialah toleransi. Pilih digitnya, dan kemuatan beserta hadnya akan muncul di bawah.
Untuk mendapat 1 F daripada dua kepingan dengan sela udara 1 mm, setiap kepingan perlu berkeluasan 113 km². Sfera terpencil berkemuatan 1 F akan berjejari 9 juta km. Superkapasitor mengatasinya dengan cara lain. Casnya tersimpan pada permukaan karbon berliang, dan sela antara cas kira-kira satu nanometer. Satu gram karbon seperti itu mempunyai permukaan ratusan meter persegi.
Mengapa percikan melompat apabila kaca ditarik keluar dari kapasitor
Di kiri ialah bekalan voltan tinggi hingga 15 kV; ia mengecas dua kepingan segi empat sama 20 × 20 cm melalui perintang 100 MΩ. Kepingan merah ialah positif, kepingan firus negatif. Garis kuning ialah medan di antara keduanya: semakin rapat garisnya, semakin kuat medannya. Di kanan kepingan, satu palang membandingkan medan dengan kekuatan udara, kira-kira 3 kV/mm. Penebat boleh disorong di antara kepingan. Kanta pembesar di kanan menunjukkan molekulnya: hujung merah positif, hujung firus negatif. Bekalan boleh diputuskan: maka cas tidak ada jalan keluar. Butang «Nyahcas» menyalurkan tenaga kepada lampu.
Bekalan sedang mengecas kepingan.
02 · Konversi
| Unit | Nilai | Di mana dijumpai |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
«MFD» pada kapasitor lama bermaksud mikrofarad, bukan milifarad. Pikofarad dahulu ditulis «MMFD» — mikromikrofarad.
Superkapasitor 3000 F pada 2.7 V menyimpan kira-kira 11 kJ. Itu lebih kurang sama dengan satu bateri alkali AA.
Kemuatan seluruh Bumi, kira-kira 710 µF, lebih kecil daripada satu kapasitor penapis 1000 µF dalam bekalan kuasa.
03 · Orde besaran
04 · Alat ukur
05 · Aturan penulisan
06 · Satuan tetangga
07 · Bagian sejarah
Pada tahun 1956 Andrew Thompson dan Douglas Lampard menemui kapasitor yang kemuatannya boleh dikira. Empat silinder panjang berdiri di penjuru sebuah segi empat sama. Kemuatan antara pasangan yang bertentangan bagi setiap meter panjang bersamaan ε₀·ln 2 / π, kira-kira 1.953 549 pF/m. Ini benar bagi hampir apa jua keratan rentas yang simetrinya tepat. Panjangnya diukur dengan interferometer laser, dan kemuatan diperoleh daripada panjang itu.
Sejak 2019 pemalar h dan e bernilai tepat, dan farad dikaitkan dengannya melalui ohm. Piawai rintangan berasaskan kesan Hall kuantum dibandingkan dengan kapasitor dalam jambatan kuadratur pada frekuensi yang diketahui: C = 1 / (2πfR). Dengan cara ini makmal kebangsaan merealisasikan farad hingga kejituan bahagian per juta.
Katalog besaran
seluruh indeks →Tujuh unit asas SI
Setitis asid menukar warna jus, garam mewarnakan nyalaan, air membeku dengan satu ketukan. Di bawahnya semua halaman Simetrium, mengikut bidang dan mengikut abjad.
Buka indeks →