Farad
År 1746 hällde Pieter van Musschenbroek i Leiden vatten i en glasburk och sänkte ner en tråd i den. Den laddades från en elektricitetsmaskin. En medhjälpare höll burken i ena handen och rörde vid tråden med den andra. Stöten var så kraftig att Musschenbroek skrev till en kollega att han inte för något i världen skulle upprepa försöket.
Burken visade sig vara den första kondensatorn: vattnet inuti och handen utanpå var de två beläggen, och glaset mellan dem isolatorn. Hur mycket laddning beläggen håller vid en viss spänning anger kapacitansen. En farad är den kapacitans där en spänning på 1 V ger en laddning på 1 C. Det är väldigt mycket: hela jordklotet har som sfär en kapacitans på omkring 710 µF.
| Beteckning | F |
| Definition | coulomb per volt · C/V · kg⁻¹·m⁻²·s⁴·A² |
| Referensvärden | ε₀ — 8,854 187 8·10⁻¹² F/m · sfär med radien 1 m — 111 pF · Jorden som sfär — omkring 710 µF |
| Infördes | 1881, Internationella elektrikerkongressen i Paris · i SI sedan 1960 |
| Standarder | ISO 80000-6 · IEC 60384 · IEC 60062 · SI Brochure 9th ed. |
| Typiska värden | 10 pF — oscilloskopprob · 100 nF — vid ett chips ben · 3000 F — superkondensator |
01 · Definition
En coulomb för varje volt
Kapacitansen C visar hur mycket laddning som måste läggas på en ledare för att dess spänning ska stiga med en volt. Det syns enklast med två plattor. Den ena får plus, den andra minus, och mellan dem uppstår ett fält. Ju större plattorna är och ju närmare varandra de sitter, desto mer laddning rymmer de vid samma spänning.
En isolator mellan plattorna ökar kapacitansen. Dess molekyler vrider sig i fältet och försvagar det delvis. Glas ökar kapacitansen ungefär 7 gånger, bariumtitanatkeramik tusen gånger och mer. Den lagrade energin växer med spänningens kvadrat.
Vad ”104” betyder på en liten kondensator
På en keramisk skiva får tre siffror och en bokstav plats. De två första siffrorna är början på talet. Den tredje anger hur många nollor som ska läggas till. Tillsammans ger de kapacitansen i pikofarad. Bokstaven efter siffrorna är toleransen. Välj siffror, så visas kapacitansen med sina gränser nedanför.
För att få 1 F av två plattor med 1 mm luftspalt skulle varje platta behöva vara 113 km² stor. En ensam sfär på 1 F skulle ha en radie på 9 miljoner km. Superkondensatorer löser det på ett annat sätt. Laddningen sitter på ytan av poröst kol, och avståndet mellan laddningarna är ungefär en nanometer. Ett gram sådant kol har hundratals kvadratmeter yta.
Varför det slår en gnista när glaset dras ut ur en kondensator
Till vänster ett högspänningsaggregat på upp till 15 kV som laddar två kvadratiska plattor på 20 × 20 cm genom ett motstånd på 100 MΩ. Den röda plattan är plus, den turkosa minus. De gula linjerna är fältet mellan dem: ju tätare linjer, desto starkare fält. Till höger om plattorna jämför en stapel fältet med luftens hållfasthet, omkring 3 kV/mm. Mellan plattorna kan man skjuta in en isolator. Förstoringsglaset till höger visar dess molekyler: den röda änden är plus, den turkosa minus. Aggregatet kan kopplas bort: då har laddningen ingenstans att ta vägen. Knappen ”Urladda” ger energin till en lampa.
Aggregatet laddar plattorna.
02 · Omräkning
| Enhet | Värde | Var den förekommer |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
”MFD” på gamla kondensatorer betyder mikrofarad, inte millifarad. Pikofarad skrevs ”MMFD” — mikromikrofarad.
En superkondensator på 3000 F vid 2,7 V lagrar omkring 11 kJ. Det är ungefär lika mycket som ett alkaliskt AA-batteri.
Hela jordklotets kapacitans, omkring 710 µF, är mindre än en enda filterkondensator på 1000 µF i ett nätaggregat.
03 · Storleksordningar
04 · Mätinstrument
05 · Skrivregler
06 · Grannenheter
07 · Historisk del
År 1956 hittade Andrew Thompson och Douglas Lampard en kondensator vars kapacitans går att beräkna. Fyra långa cylindrar står i hörnen av en kvadrat. Kapacitansen mellan de motstående paren per meter längd är ε₀·ln 2 / π, omkring 1,953 549 pF/m. Det gäller för nästan varje exakt symmetri hos tvärsnittet. Längden mäts med en laserinterferometer, och kapacitansen fås ur längden.
Sedan 2019 är konstanterna h och e exakta, och farad är kopplad till dem via ohm. En resistansnormal baserad på kvant-Halleffekten jämförs med en kondensator i en kvadraturbrygga vid känd frekvens: C = 1 / (2πfR). Så realiserar nationella laboratorier farad med en noggrannhet på miljondelar.
Storhetskatalog
hela registret →SI-systemets sju grundenheter
En droppe syra ändrar saftens färg, salt färgar lågan, vatten fryser av en knackning. Under dem alla Simetriums blad, efter ämnesområde och i bokstavsordning.
Öppna registret →