Faradi
Kipimo kitokanacho cha SI · kipimo: uwezo wa kuhifadhi umeme
01 · Ufafanuzi
Faradi moja ni ule uwezo ambao juu yake chaji ya kulomu moja huzalisha volteji ya volti moja. Kipimo kilitoka kikiwa kikubwa mno hata hakitumiwi kizima karibu kamwe: kapasita katika mizunguko hupimwa kwa pikofaradi na mikrofaradi, na faradi iliingia matumizi ya kila siku pamoja na superkapasita tu. Uwezo wa tufe kubwa kama Dunia ni mikrofaradi mia saba.
Chupa ya Leiden ilikuwa kapasita ya kwanza katika historia, mwaka 1745. Uwezo wake ni kama nanofaradi moja: chupa ya kioo yenye karatasi ya chuma ndani na nje ilishika chaji iliyoangusha safu nzima za watawa.
Dutu iliyowekwa kati ya sahani hupata polarisheni, uga wake mwenyewe hufuta sehemu ya uga wa nje, volteji kwa chaji ileile hushuka — maana yake uwezo hupanda. Karatasi hutoa kizidishi cha kama tatu, maika sita, maji themanini, bariamu titanati katika kaure hadi elfu kadhaa. Bei ya upitishaji mkubwa ni kutodumu: kaure ya daraja la Y5V hupoteza hadi asilimia themanini ya uwezo wake kwenye ncha za eneo la joto la kufanyia kazi na hushuka kwa dhahiri chini ya volteji, ndiyo maana katika mizunguko sahihi huwekwa filamu na tatu yake ya kiasi.
02 · Kubadilisha
Weka uwezo wa kuhifadhi — karatasi itaugawa kwa vipimo
Vipande halisi huishi katika piko na mikrofaradi, kwa hiyo viambishi hufanya kazi kwa nguvu zote hapa. Katika michoro na vitabu vya zamani hukutwa sentimita za uwezo — kipimo cha mfumo wa CGS wa umemetuli, sawa na takribani pikofaradi moja.
Alama za kapasita zina tarakimu tatu na daima katika pikofaradi: tarakimu mbili za kwanza ni thamani, ya tatu ni idadi ya sufuri. Msimbo 104 humaanisha kumi na sufuri nne, yaani pikofaradi laki moja, ambazo kwa wakati mmoja ni nanofaradi mia moja au mikrofaradi sifuri nukta moja — maandishi matatu ya kipimo kimoja, yanayokutwa katika shule tofauti za uchoraji. Herufi iliyo kando hutoa uvumilivu: K ni asilimia kumi, J tano, M ishirini.
| Kipimo | Jina | Thamani | Inapopatikana |
|---|---|---|---|
| F | faradi, kipimo cha SI | 1 | kipimo cha kuanzia cha karatasi hii |
| mF | milifaradi | 1000 | kiambishi adimu: heri kuandika maelfu ya mikrofaradi |
| µF | mikrofaradi | 1000000 | kiambishi kinachojulikana zaidi katika michoro |
| nF | nanofaradi | 10⁹ | uandishi wa Ulaya; Marekani ni 0.1 µF ileile |
| pF | pikofaradi | 10¹² | chini yake huanza uwezo wa vipitishi vyenyewe |
| cm | sentimita, CGS ya umemetuli | 8.988·10¹¹ | katika mfumo wa umemetuli uwezo ulipimwa kwa urefu |
| R, m | nusukipenyo cha tufe | 8.988·10⁹ | kwa faradi moja nusukipenyo kingefika kilomita milioni tisa |
| cm | sentimita, CGS ya umemetuli | 8.988·10¹¹ | uwezo wa tufe ni sawa na nusukipenyo chake |
| abF | abfaradi, CGS ya sumakuumeme | 10⁻⁹ | faradi bilioni moja katika kipimo kimoja |
| jar | «mtungi» | 9.009·10⁸ | ilihesabiwa ni chupa ngapi za Leiden zinazounda betri moja |
| µµF | mikromikrofaradi | 10¹² | kiambishi maradufu badala ya piko |
| F | faradi | 1 | kipimo cha kuanzia cha karatasi hii |
Faradi ni uwiano wa kulomu kwa volti, ndiyo maana husimama kati yao. Pamoja na ohm hutoa sekunde, pamoja na henri masafa ya mlio ya mzunguko
03 · Madaraja ya ukubwa
kutoka transista hadi sayariFaradi moja: superkapasita kubwa kama glasi
04 · Vifaa vya kupima
Uwezo wa kuhifadhi hupimwa kwa nini
Hupeleka kwenye kipande wimbi la sine la masafa yanayojulikana, kisha kutokana na kimo na mabadiliko ya awamu ya mkondo huhesabu uwezo na hasara. Matokeo hutegemea masafa ya kupima: kapasita ya elektroliti kwenye herzi mia moja na kwenye kilohezi kumi itaonyesha thamani tofauti, na katika karatasi ya kipande masafa huandikwa daima.
Mzunguko wa daraja wenye kapasita ya kiwango katika tawi moja: uwezo na tanjenti ya pembe ya hasara husawazishwa kwa pamoja. Hiki ndicho kifaa kikuu cha uzuiaji wa volteji ya juu — kutokana na ongezeko la hasara katika kebo au transfoma, uzee wa dieletriki hutambulika muda mrefu kabla ya kuvunjika.
Uwezo hupatikana kwa kupima muda hadi kufikia asilimia sitini na tatu ya volteji kupitia ukinzani unaojulikana. Ndivyo kazi iliyojengwa ndani ya vidhibiti vidogo inavyofanya kazi, na kila kipimio kilichotengenezwa nyumbani pia; kwa superkapasita hii ndiyo njia pekee, kwa kuwa madaraja hayakutengenezwa kwa thamani za namna hiyo.
Mianzi minne iliyo sambamba, ambayo uwezo wake kwa kila urefu hutegemea kipimo kimoja tu kinachopimwa — urefu wa kuingiliana. Nadharia iliyopatikana mwaka 1956 iliruhusu uwezo kuhesabiwa kutokana na jiometri na kwa miongo kadhaa ilifunga viwango vya umeme kwenye mita.
05 · Kanuni za kuandika
µF, nF, pF — wala hakuna «µµF»
Viambishi maradufu vimekatazwa katika SI: pikofaradi huandikwa pF, si «µµF» wala «mmF», ingawa katika michoro ya zamani vyote viwili hukutwa. Alama F ni herufi kubwa; °F iliyo kando yake ni digrii ya Fahrenheit, kipimo kingine. Katika alama za kapasita «104» maana yake ni 10·10⁴ pF, yaani 100 nF.
Kapasita za elektroliti zina ncha, na volteji iliyoandikwa ni mpaka wala si kituo cha kazi: kapasita ya 16 V huishi miaka mingi katika mzunguko wa 12 V na miezi michache katika mzunguko wa 15 V. Mazoea ya wapenzi wa redio yamehifadhi viambishi viwili vilivyofutwa: «µµF» na «mmF» vilimaanisha pikofaradi. Statfaradi ya kihistoria ya mfumo wa CGS wa umemetuli ni sawa na sentimita: katika vipimo vya umemetuli uwezo ulipimwa kwa urefu.
06 · Vipimo jirani
Faradi husimama kati ya chaji na volteji, na ikiwa jozi na henri huweka masafa ya mzunguko wa mtetemo — ule mzunguko unaoirekebisha redio kwenye kituo.
Mraba wa volteji katika fomula ya nishati humaanisha kuwa kuongeza volteji mara mbili huhifadhi mara nne zaidi — ndiyo maana kwenye superkapasita hupiganiwa kila volti ya ziada, wala si faradi. Kutoka karatasi za Simetrium, kinachopakana na faradi ni karatasi za Simetrium kinachopakana na faradi ni kulombu na volti kutoka ufafanuzi, henri kama kipimo cha jozi cha mzunguko, ohmu kutoka konstanti ya muda na juli ya nishati iliyohifadhiwa.
07 · Sehemu ya kihistoria
Kabla ya faradi uwezo ulihesabiwa kwa nini
Pieter van Musschenbroek alipata mshtuko wa nguvu kiasi kwamba, kwa maneno yake mwenyewe, asingerudia jaribio hata kwa taji la Ufaransa. Chupa ya Leiden ilishika kama nanofaradi moja — na hiyo ilitosha kumwangusha mtu.
Faraday hakupata elimu ya mpangilio wala hakuimudu hisabati, lakini majaribio yake ndiyo yaliyoipa uhandisi wa umeme uga, uzalishaji na uchanganuzi wa umeme vyote pamoja. Kipimo cha uwezo kiliitwa kwa jina lake.
Kongamano la wanaumeme lilifafanua faradi kupitia kulomu na volti, pamoja na volti, ampea na ohm. Vitendo vilihamia mara moja kwenye mikrofaradi: katika miaka ile hakuna kitu kilichotengenezwa kwa mkono wa binadamu kilichokuwa na uwezo wa faradi nzima.
Hataza ya kapasita yenye tabaka mbili iliwasilishwa na General Electric, lakini aliyeifikisha kwenye bidhaa ni NEC ya Japani, iliyotoa mwaka 1978 «superkapasita» kwa ajili ya kumbukumbu ya vinasa sauti vya tepu. Leo superkapasita ya faradi elfu tatu huingia kwenye kiganja.
Kipimo kilichaguliwa kwa bahati mbaya kiasi kwamba karibu miaka mia mbili hakuna aliyekitumia
Uwezo wa kuhifadhi ndicho kipimo pekee cha umeme ambacho kiwango chake chaweza kujengwa kutokana na jiometri tupu. Nadharia ya Thompson na Lampard ya mwaka 1956 husema kwamba katika mfumo wa elektrodi nne za mviringo zilizo sambamba, uwezo kwa kila urefu hutegemea konstanti ya umeme peke yake wala si kitu kingine chochote: si kipenyo cha fimbo, wala umbali kati yake. Yatosha kupima urefu wa kuingiliana kwa kizuizi kinachosogezwa — na uwezo hujulikana kwa hesabu. Kapasita ya kuhesabika kama hiyo ilitoa takribani pikofaradi mbili kwa mita, na ikawa msingi wa viwango vya kitaifa vya uwezo, na kupitia hivyo msingi wa viwango vya ohm, kwa kuwa ukinzani hupatikana kutoka uwezo na masafa. Athari ya Hall ya kwanta ilikata mnyororo huo mwaka 1990 kwa kuifanya ohm kuwa ya kwanza; hata hivyo kapasita za kuhesabika zilibaki maabara kama ukaguzi huru — tofauti kati ya njia hizo mbili hadi leo ni mojawapo ya majaribio ya upatanifu wa viwango vya umeme.
Orodha · vipimo
Karatasi kwa kila kipimo
Vipimo saba vya msingi vya SI, vipimo ishirini na viwili vitokanavyo vyenye majina yake, na vipimo vya nje ya mfumo ambavyo bila hivyo ufundi wala maisha ya kila siku havipiti. Kila kimoja kina ukurasa wake: ufafanuzi, kubadilisha, vifaa, kanuni za kuandika. Katika lugha 36.
Vipimo vitokanavyo vya SI vyenye jina lake
karatasi ya faradi imefunguliwaVipimo vya msingi vya SI
kwa rangi ya udongo wa kuchoma — vipimo vinne vinavyounda faradiUwezo wa kuhifadhi katika mifumo mingine
Lugha ya karatasi
Lugha 36. Alama F ni ya kimataifa, lakini jinsi thamani inavyoandikwa si hivyo: nanofaradi mia moja katika michoro ya Ulaya, mikrofaradi sifuri nukta moja katika ya Marekani — karatasi huleta uandishi kwenye desturi ya mahali pale.