Farad
Em 1746, em Leiden, Pieter van Musschenbroek deitou água num frasco de vidro e mergulhou nele um fio. O fio foi carregado por uma máquina elétrica. Um ajudante segurava o frasco numa mão e tocou no fio com a outra. O choque foi tão forte que Musschenbroek escreveu a um colega: por nada deste mundo repetiria a experiência.
O frasco revelou-se o primeiro condensador: a água lá dentro e a mão por fora eram as duas armaduras, e o vidro entre elas o isolador. A quantidade de carga que as armaduras guardam a uma dada tensão é indicada pela capacidade. Um farad é a capacidade em que uma tensão de 1 V corresponde a uma carga de 1 C. É imenso: a Terra inteira, como esfera, tem uma capacidade de cerca de 710 µF.
| Notação | F |
| Definição | coulomb por volt · C/V · kg⁻¹·m⁻²·s⁴·A² |
| Valores de referência | ε₀ — 8,854 187 8·10⁻¹² F/m · esfera de raio 1 m — 111 pF · a Terra como esfera — cerca de 710 µF |
| Introduzida | 1881, Congresso Internacional de Eletricistas em Paris · no SI desde 1960 |
| Normas | ISO 80000-6 · IEC 60384 · IEC 60062 · SI Brochure 9th ed. |
| Valores típicos | 10 pF — sonda de osciloscópio · 100 nF — junto aos pinos de um chip · 3000 F — supercondensador |
01 · Definição
Um coulomb por cada volt
A capacidade C indica quanta carga é preciso pôr num condutor para que a sua tensão suba um volt. É mais fácil de ver com duas placas. Uma recebe o mais, a outra o menos, e entre elas surge um campo. Quanto maiores forem as placas e quanto mais próximas estiverem, mais carga guardam à mesma tensão.
Um isolador entre as placas aumenta a capacidade. As suas moléculas rodam no campo e anulam-no em parte. O vidro aumenta a capacidade cerca de 7 vezes, a cerâmica de titanato de bário mil vezes ou mais. A energia armazenada cresce com o quadrado da tensão.
O que significa «104» num condensador pequenino
Num disco cerâmico cabem três algarismos e uma letra. Os dois primeiros algarismos são o início do número. O terceiro diz quantos zeros se lhe juntam. Tudo junto dá a capacidade em picofarads. A letra a seguir aos algarismos é a tolerância. Escolha os algarismos, e em baixo aparece a capacidade com os seus limites.
Para obter 1 F com duas placas separadas por 1 mm de ar, cada placa teria de ter 113 km². Uma esfera isolada de 1 F teria um raio de 9 milhões de km. Os supercondensadores contornam isto de outra forma. Neles, a carga fica na superfície de um carvão poroso, e a distância entre as cargas é de cerca de um nanómetro. Um grama deste carvão tem centenas de metros quadrados de superfície.
Porque salta uma faísca quando se tira o vidro de um condensador
À esquerda, uma fonte de alta tensão até 15 kV carrega duas placas quadradas de 20 × 20 cm através de uma resistência de 100 MΩ. A placa vermelha é o mais, a turquesa o menos. As linhas amarelas são o campo entre elas: quanto mais densas as linhas, mais forte o campo. À direita das placas, uma barra compara o campo com a rigidez do ar, cerca de 3 kV/mm. Entre as placas pode introduzir-se um isolador. A lupa à direita mostra as suas moléculas: a ponta vermelha é o mais, a turquesa o menos. A fonte pode ser desligada: então a carga não tem para onde ir. O botão «Descarregar» entrega a energia a uma lâmpada.
A fonte está a carregar as placas.
02 · Conversão
| Unidade | Valor | Onde aparece |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
«MFD» nos condensadores antigos são microfarads, não milifarads. Os picofarads escreviam-se «MMFD» — micromicrofarads.
Um supercondensador de 3000 F a 2,7 V armazena cerca de 11 kJ. É mais ou menos o mesmo que uma pilha alcalina AA.
A capacidade da Terra inteira, cerca de 710 µF, é menor do que a de um único condensador de filtro de 1000 µF numa fonte de alimentação.
03 · Ordens de grandeza
04 · Instrumentos de medição
05 · Regras de escrita
06 · Unidades vizinhas
07 · Secção histórica
Em 1956, Andrew Thompson e Douglas Lampard encontraram um condensador cuja capacidade se pode calcular. Quatro cilindros compridos estão nos cantos de um quadrado. A capacidade entre os pares opostos, por metro de comprimento, é igual a ε₀·ln 2 / π, cerca de 1,953 549 pF/m. Isto vale para quase qualquer secção com simetria exata. O comprimento mede-se com um interferómetro laser, e a capacidade obtém-se a partir do comprimento.
Desde 2019, as constantes h e e são exatas, e o farad liga-se a elas através do ohm. Um padrão de resistência baseado no efeito Hall quântico é comparado com um condensador numa ponte de quadratura, a uma frequência conhecida: C = 1 / (2πfR). É assim que os laboratórios nacionais obtêm o farad com uma exatidão de partes por milhão.
Catálogo de grandezas
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Uma gota de ácido muda a cor do sumo, o sal tinge a chama, a água congela com uma pancada. Por baixo, todas as fichas do Simetrium, por disciplina e por ordem alfabética.
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