Farad
În 1746, la Leiden, Pieter van Musschenbroek a turnat apă într-un borcan de sticlă și a introdus în el o sârmă. Aceasta a fost încărcată de la o mașină electrică. Un asistent ținea borcanul într-o mână și a atins sârma cu cealaltă. Șocul a fost atât de puternic încât Musschenbroek i-a scris unui coleg că n-ar repeta experimentul pentru nimic în lume.
Borcanul s-a dovedit a fi primul condensator: apa dinăuntru și mâna din afară erau cele două armături, iar sticla dintre ele — izolatorul. Câtă sarcină țin armăturile la o tensiune dată arată capacitatea. Un farad este capacitatea căreia o tensiune de 1 V îi dă o sarcină de 1 C. Este enorm: întregul Pământ, privit ca o sferă, are o capacitate de circa 710 µF.
| Notație | F |
| Definiție | coulomb pe volt · C/V · kg⁻¹·m⁻²·s⁴·A² |
| Valori de referință | ε₀ — 8,854 187 8·10⁻¹² F/m · o sferă cu raza de 1 m — 111 pF · Pământul ca sferă — circa 710 µF |
| Introdusă | 1881, Congresul Internațional de Electricitate de la Paris · în SI din 1960 |
| Standarde | ISO 80000-6 · IEC 60384 · IEC 60062 · SI Brochure 9th ed. |
| Valori tipice | 10 pF — sonda unui osciloscop · 100 nF — lângă pinii unui cip · 3000 F — un supercondensator |
01 · Definiție
Un coulomb pentru fiecare volt
Capacitatea C arată câtă sarcină trebuie pusă pe un conductor ca tensiunea lui să crească cu un volt. Cel mai ușor se vede pe două plăci. Pe una vine plus, pe cealaltă minus, iar între ele apare un câmp. Cu cât plăcile sunt mai mari și mai apropiate, cu atât țin mai multă sarcină la aceeași tensiune.
Un izolator între plăci mărește capacitatea. Moleculele lui se rotesc în câmp și îl anulează parțial. Sticla mărește capacitatea de circa 7 ori, ceramica din titanat de bariu — de o mie de ori și mai mult. Energia stocată crește cu pătratul tensiunii.
Ce înseamnă „104” pe un condensator mic
Pe un disc ceramic încap trei cifre și o literă. Primele două cifre sunt începutul numărului. A treia arată câte zerouri se adaugă. Împreună dau capacitatea în picofarazi. Litera de după cifre este toleranța. Alegeți cifrele, iar dedesubt apare capacitatea cu limitele ei.
Ca două plăci cu un strat de aer de 1 mm între ele să aibă 1 F, fiecare placă ar trebui să aibă 113 km². O sferă izolată de 1 F ar avea raza de 9 mil. km. Supercondensatoarele ocolesc altfel problema. Sarcina stă în ele pe suprafața unui cărbune poros, iar distanța dintre sarcini este de circa un nanometru. Un gram de asemenea cărbune are sute de metri pătrați de suprafață.
De ce sare scânteia când scoți sticla dintr-un condensator
În stânga este o sursă de înaltă tensiune de până la 15 kV; ea încarcă două plăci pătrate de 20 × 20 cm printr-un rezistor de 100 MΩ. Placa roșie este plusul, cea turcoaz — minusul. Liniile galbene sunt câmpul dintre ele: cu cât liniile sunt mai dese, cu atât câmpul e mai puternic. La dreapta plăcilor, o bară compară câmpul cu rigiditatea dielectrică a aerului, circa 3 kV/mm. Între plăci se poate introduce un izolator. Lupa din dreapta îi arată moleculele: capătul roșu e plus, cel turcoaz — minus. Sursa poate fi deconectată: atunci sarcina nu are unde să plece. Butonul „Descarcă” dă energia unei lămpi.
Sursa încarcă plăcile.
02 · Conversie
| Unitate | Valoare | Unde apare |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
„MFD” pe condensatoarele vechi înseamnă microfarazi, nu milifarazi. Picofarazii se scriau „MMFD” — micromicrofarazi.
Un supercondensator de 3000 F la 2,7 V stochează circa 11 kJ. Cam tot atât cât o baterie alcalină AA.
Capacitatea întregului Pământ, circa 710 µF, este mai mică decât a unui singur condensator de filtrare de 1000 µF dintr-o sursă de alimentare.
03 · Ordine de mărime
04 · Instrumente de măsură
05 · Reguli de scriere
06 · Unități vecine
07 · Secțiune istorică
În 1956, Andrew Thompson și Douglas Lampard au găsit un condensator a cărui capacitate se poate calcula. Patru cilindri lungi stau în colțurile unui pătrat. Capacitatea dintre perechile opuse pe metru de lungime este ε₀·ln 2 / π, circa 1,953 549 pF/m. Asta e valabil pentru aproape orice simetrie exactă a secțiunii. Lungimea se măsoară cu un interferometru laser, iar capacitatea rezultă din lungime.
Din 2019 constantele h și e sunt exacte, iar faradul e legat de ele prin ohm. Un etalon de rezistență bazat pe efectul Hall cuantic se compară cu un condensator într-o punte în cuadratură la o frecvență cunoscută: C = 1 / (2πfR). Așa obțin laboratoarele naționale faradul cu o precizie de ordinul milionimilor.
Catalogul mărimilor
tot indexul →Cele șapte unități fundamentale SI
O picătură de acid schimbă culoarea sucului, sarea colorează flacăra, apa îngheață la o lovitură. Sub ele, toate fișele Simetrium, pe discipline și în ordine alfabetică.
Deschide indexul →