Farad
Izvedena SI jedinica · veličina: električna kapacitivnost
01 · Definicija
Jedan farad je kapacitivnost na kojoj naelektrisanje od jednog kulona stvara napon od jednog volta. Jedinica je ispala tako ogromna da se gotovo nikad ne koristi cela: kondenzatori u kolima mere se u pikofaradima i mikrofaradima, a farad je u svakodnevnu upotrebu ušao tek sa superkondenzatorima. Kapacitivnost lopte veličine Zemlje iznosi sedamsto mikrofarada.
Lajdenska boca bila je prvi kondenzator u istoriji, 1745. godine. Njena kapacitivnost je oko nanofarada: staklena boca s folijom iznutra i spolja držala je naelektrisanje od kojeg su padali čitavi redovi monaha.
Materija stavljena među obloge polariše se, njeno sopstveno polje delimično poništava spoljašnje, napon pri istom naelektrisanju opada — dakle kapacitivnost raste. Hartija daje množilac oko tri, liskun šest, voda osamdeset, barijum-titanat u keramici i do nekoliko hiljada. Cena visoke permitivnosti je nepostojanost: keramika klase Y5V na krajevima radnog temperaturnog opsega gubi i do osamdeset odsto kapacitivnosti i pod naponom osetno seda, zato se u tačna kola stavlja folija sa svojom skromnom trojkom.
02 · Pretvaranje
Unesite kapacitivnost — list će je razložiti po jedinicama
Stvarni elementi žive u piko- i mikrofaradima, pa prefiksi ovde rade punom snagom. U starim šemama i priručnicima sreću se centimetri kapacitivnosti — jedinica sistema CGS-ES, jednaka otprilike jednom pikofaradu.
Oznaka kondenzatora je trocifrena i uvek u pikofaradima: prve dve cifre su vrednost, treća je broj nula. Kod 104 znači deset sa četiri nule, to jest sto hiljada pikofarada, što su ujedno sto nanofarada ili nula zapeta jedan mikrofarad — tri zapisa jedne veličine, koji se sreću u različitim crtačkim školama. Slovo pored daje toleranciju: K je deset odsto, J pet, M dvadeset.
| Jedinica | Naziv | Vrednost | Gde se sreće |
|---|---|---|---|
| F | farad, SI jedinica | 1 | polazna jedinica ovog lista |
| mF | milifarad | 1000 | redak prefiks: radije se pišu hiljade mikrofarada |
| µF | mikrofarad | 1000000 | najnaseljeniji prefiks u šemama |
| nF | nanofarad | 10⁹ | evropski zapis; u Americi isti 0,1 µF |
| pF | pikofarad | 10¹² | ispod nje počinje kapacitivnost samih provodnika |
| cm | centimetar, CGS-ES | 8,988·10¹¹ | u elektrostatičkom sistemu kapacitivnost se merila dužinom |
| R, m | poluprečnik lopte | 8,988·10⁹ | za jedan farad poluprečnik bi izašao na devet miliona kilometara |
| cm | centimetar, CGS-ES | 8,988·10¹¹ | kapacitivnost lopte jednaka je njenom poluprečniku |
| abF | abfarad, CGS-EM | 10⁻⁹ | milijardu farada u jednoj jedinici |
| jar | „krčag“ | 9,009·10⁸ | brojalo se koliko lajdenskih boca čini jednu bateriju |
| µµF | mikromikrofarad | 10¹² | dvostruki prefiks umesto piko |
| F | farad | 1 | polazna jedinica ovog lista |
Farad je odnos kulona prema voltu, zato stoji između njih. S omom daje sekunde, s henrijem rezonantnu učestanost kola
03 · Redovi veličina
od tranzistora do planeteJedan farad: superkondenzator veličine čaše
04 · Merni instrumenti
Čime se meri kapacitivnost
Dovodi na element sinusoidu poznate učestanosti i po amplitudi i faznom pomaku struje računa kapacitivnost i gubitke. Rezultat zavisi od učestanosti merenja: elektrolit na sto herca i na deset kiloherca pokazaće različite vrednosti, i u listu elementa učestanost se uvek navodi.
Mostna sprega s etalonskim kondenzatorom u jednoj grani: kapacitivnost i tangens ugla gubitaka uravnotežuju se istovremeno. To je glavni instrument visokonaponske izolacije — po porastu gubitaka u kablu ili transformatoru sudi se o starenju dielektrika mnogo pre proboja.
Kapacitivnost se dobija merenjem vremena do dostizanja šezdeset tri odsto napona kroz poznati otpor. Tako radi ugrađena funkcija u mikrokontrolerima i svaki kućno napravljen merač; za superkondenzatore je to jedini put, jer mostovi za takve vrednosti nisu ni predviđeni.
Četiri paralelna cilindra kod kojih kapacitivnost po jedinici dužine zavisi samo od jedne merene veličine — dužine preklapanja. Teorema pronađena 1956. omogućila je da se kapacitivnost računa iz geometrije i decenijama je vezivala električne etalone za metar.
05 · Pravila pisanja
µF, nF, pF — i nikakvih „µµF“
Dvostruki prefiksi su u SI zabranjeni: pikofarad se piše pF, a ne „µµF“ ni „mmF“, mada se u starim šemama sreće i jedno i drugo. Oznaka F je veliko slovo; °F pored je stepen Farenhajta, druga veličina. U oznaci kondenzatora „104“ znači 10·10⁴ pF, to jest 100 nF.
Elektrolitski kondenzatori su polarisani, a napon u oznaci je granica, a ne radna tačka: kondenzator od 16 V u kolu od 12 V živi godinama, u kolu od 15 V mesecima. Navika radio-amatera sačuvala je dva ukinuta prefiksa: „µµF“ i „mmF“ značili su pikofarad. Istorijski statfarad iz sistema CGS-ES jednak je centimetru: u elektrostatičkim jedinicama kapacitivnost se merila dužinom.
06 · Susedne jedinice
Farad stoji između naelektrisanja i napona, a u paru s henrijem određuje učestanost oscilatornog kola — upravo onog kola koje prijemnik podešava na stanicu.
Kvadrat napona u formuli energije znači da udvostručenje napona uskladišti četiri puta više — zato se kod superkondenzatora bori za svaki dodatni volt, a ne za farade. Iz listova Simetrijuma faradu su susedi listova Simetrijuma faradu su susedi kulon i volt iz definicije, henri kao uparena veličina kola, om iz vremenske konstante i džul uskladištene energije.
07 · Istorijski deo
U čemu se kapacitivnost računala pre farada
Piter van Musenbruk dobio je udar takve snage da, po sopstvenim rečima, ogled ne bi ponovio ni za francusku krunu. Lajdenska boca držala je oko nanofarada — i to je bilo dovoljno da obori čoveka.
Faradej nije dobio sistematsko obrazovanje niti je vladao matematikom, ali su upravo njegovi ogledi dali elektrotehnici i polje, i indukciju, i elektrolizu. Jedinica kapacitivnosti nazvana je po njemu.
Kongres električara odredio je farad preko kulona i volta, zajedno s voltom, amperom i omom. Praksa je odmah prešla na mikrofarade: tih godina nijedan predmet napravljen ljudskom rukom nije imao kapacitivnost celog farada.
Patent za kondenzator s dvostrukim slojem podnela je General Electric, ali ga je do proizvoda dovela japanska NEC, izbacivši 1978. „superkondenzator“ za memoriju magnetofona. Danas superkondenzator od tri hiljade farada staje na dlan.
Jedinica je izabrana tako nesrećno da je skoro dvesta godina niko nije koristio
Kapacitivnost je jedina električna veličina čiji se etalon može sagraditi od čiste geometrije. Teorema Tompsona i Lamparda iz 1956. kaže da u sistemu četiri paralelne cilindrične elektrode kapacitivnost po jedinici dužine zavisi jedino od električne konstante i ni od čega drugog: ni od prečnika šipki, ni od rastojanja među njima. Dovoljno je izmeriti dužinu preklapanja pokretnim zaklonom — i kapacitivnost je poznata iz računa. Takav računski kondenzator davao je oko dva pikofarada po metru i poslužio je kao osnova nacionalnih etalona kapacitivnosti, a preko njih i etalona oma, jer se otpor dobija iz kapacitivnosti i učestanosti. Kvantni Holov efekat prekinuo je taj lanac 1990. učinivši om primarnim; računski kondenzatori su ipak ostali u laboratorijama kao nezavisna provera — razlika između dva puta i danas služi kao jedna od proba saglasnosti električnih etalona.
Katalog · merne jedinice
List za svaku veličinu
Sedam osnovnih SI jedinica, dvadeset dve izvedene sa sopstvenim imenima i vansistemske jedinice bez kojih ne prolaze ni tehnika ni svakodnevica. Svaka ima svoj list: definicija, pretvaranje, instrumenti, pravila pisanja. Na 36 jezika.
Izvedene SI jedinice sa sopstvenim imenom
otvoren list faradaOsnovne SI jedinice
terakotom — četiri jedinice od kojih se farad sastavljaKapacitivnost u drugim sistemima
Jezik lista
36 jezika. Oznaka F je međunarodna, ali zapis vrednosti nije: sto nanofarada u evropskim šemama, nula zapeta jedan mikrofarad u američkim — list dovodi zapis na mesnu praksu.