Farad
I 1746 i Leiden helte Pieter van Musschenbroek vann i en glasskrukke og senket en tråd ned i den. Den ble ladet fra en elektrisermaskin. En assistent holdt krukken i den ene hånden og rørte ved tråden med den andre. Støtet var så kraftig at Musschenbroek skrev til en kollega at han ikke ville gjenta forsøket for noen pris.
Krukken viste seg å være den første kondensatoren: vannet inni og hånden utenpå var de to platene, og glasset mellom dem var isolatoren. Hvor mye ladning platene holder ved en gitt spenning, viser kapasitansen. Én farad er den kapasitansen der en spenning på 1 V gir en ladning på 1 C. Det er svært mye: hele jordkloden som kule har en kapasitans på omkring 710 µF.
| Betegnelse | F |
| Definisjon | coulomb per volt · C/V · kg⁻¹·m⁻²·s⁴·A² |
| Referanseverdier | ε₀ — 8,854 187 8·10⁻¹² F/m · en kule med radius 1 m — 111 pF · Jorden som kule — omkring 710 µF |
| Innført | 1881, den internasjonale elektrikerkongressen i Paris · i SI siden 1960 |
| Standarder | ISO 80000-6 · IEC 60384 · IEC 60062 · SI Brochure 9th ed. |
| Typiske verdier | 10 pF — en oscilloskopprobe · 100 nF — ved beina på en brikke · 3000 F — en superkondensator |
01 · Definisjon
Én coulomb for hver volt
Kapasitansen C viser hvor mye ladning som må legges på en leder for at spenningen skal stige med én volt. Det er lettest å se med to plater. Den ene får pluss, den andre minus, og mellom dem oppstår et felt. Jo større platene er og jo nærmere de står hverandre, desto mer ladning rommer de ved samme spenning.
En isolator mellom platene øker kapasitansen. Molekylene i den dreier seg i feltet og svekker det delvis. Glass øker kapasitansen omtrent 7 ganger, keramikk av bariumtitanat tusen ganger og mer. Den lagrede energien vokser med kvadratet av spenningen.
Hva «104» betyr på en liten kondensator
På en keramisk skive er det plass til tre sifre og en bokstav. De to første sifrene er begynnelsen på tallet. Det tredje sier hvor mange nuller som skal settes etter. Til sammen gir de kapasitansen i pikofarad. Bokstaven etter sifrene er toleransen. Velg sifrene, så vises kapasitansen med grenser nedenfor.
For å få 1 F av to plater med 1 mm luft imellom måtte hver plate ha et areal på 113 km². En isolert kule på 1 F ville hatt en radius på 9 mill. km. Superkondensatorer løser det på en annen måte. Ladningen sitter på overflaten av porøst karbon, og avstanden mellom ladningene er omkring en nanometer. Ett gram slikt karbon har hundrevis av kvadratmeter overflate.
Hvorfor det slår en gnist når glasset trekkes ut av en kondensator
Til venstre står en høyspenningskilde på opptil 15 kV; den lader to kvadratiske plater på 20 × 20 cm gjennom en motstand på 100 MΩ. Den røde platen er pluss, den turkise minus. De gule linjene er feltet mellom dem: jo tettere linjene ligger, desto sterkere er feltet. Til høyre for platene sammenligner en søyle feltet med luftens gjennomslagsfasthet, omkring 3 kV/mm. Mellom platene kan man skyve inn en isolator. Lupen til høyre viser molekylene i den: den røde enden er pluss, den turkise minus. Kilden kan kobles fra: da har ladningen ingen steder å gå. Knappen «Utlad» gir energien til en lampe.
Kilden lader platene.
02 · Omregning
| Enhet | Verdi | Hvor den forekommer |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
«MFD» på gamle kondensatorer betyr mikrofarad, ikke millifarad. Pikofarad ble skrevet «MMFD» — mikromikrofarad.
En superkondensator på 3000 F ved 2,7 V lagrer omkring 11 kJ. Det er omtrent like mye som et alkalisk AA-batteri.
Kapasitansen til hele jordkloden, omkring 710 µF, er mindre enn én filterkondensator på 1000 µF i en strømforsyning.
03 · Størrelsesordener
04 · Måleinstrumenter
05 · Skriveregler
06 · Naboenheter
07 · Historisk del
I 1956 fant Andrew Thompson og Douglas Lampard en kondensator der kapasitansen kan beregnes. Fire lange sylindrer står i hjørnene av et kvadrat. Kapasitansen mellom de motstående parene per meter lengde er ε₀·ln 2 / π, omkring 1,953 549 pF/m. Det gjelder ved nesten enhver eksakt symmetri i tverrsnittet. Lengden måles med et laserinterferometer, og kapasitansen følger av lengden.
Siden 2019 er konstantene h og e eksakte, og faraden er knyttet til dem gjennom ohmen. En resistansnormal basert på kvante-Hall-effekten sammenlignes med en kondensator i en kvadraturbro ved kjent frekvens: C = 1 / (2πfR). Slik realiserer nasjonale laboratorier faraden med en nøyaktighet på milliondeler.
Katalog over størrelser
hele registeret →De sju SI-grunnenhetene
En dråpe syre endrer saftens farge, salt farger flammen, vann fryser av et bank. Under dem alle Simetriums ark, etter fagområde og alfabetisk.
Åpne registeret →