ฟารัด
ในปี 1746 ที่เมืองไลเดน ปีเตอร์ ฟาน มุสเชินบรุค เทน้ำลงในขวดแก้วแล้วหย่อนเส้นลวดลงไป ขวดถูกประจุไฟฟ้าจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสถิต ผู้ช่วยถือขวดไว้ในมือข้างหนึ่ง แล้วใช้มืออีกข้างแตะเส้นลวด ไฟดูดแรงจนมุสเชินบรุคเขียนถึงเพื่อนร่วมงานว่า ต่อให้ได้อะไรตอบแทน เขาก็จะไม่ทำการทดลองนี้ซ้ำอีก
ขวดนั้นกลายเป็นตัวเก็บประจุตัวแรก: น้ำข้างในและมือข้างนอกคือแผ่นขั้วสองแผ่น ส่วนแก้วที่อยู่ระหว่างกลางคือฉนวน ความจุบอกว่าแผ่นขั้วเก็บประจุได้เท่าใดที่แรงดันหนึ่ง ๆ หนึ่งฟารัดคือความจุที่แรงดัน 1 V ทำให้มีประจุ 1 C ซึ่งมากทีเดียว: โลกทั้งใบหากมองเป็นทรงกลมมีความจุเพียงราว 710 µF
| สัญลักษณ์ | F |
| นิยาม | คูลอมบ์ต่อโวลต์ · C/V · kg⁻¹·m⁻²·s⁴·A² |
| ค่าอ้างอิง | ε₀ — 8.854 187 8·10⁻¹² F/m · ทรงกลมรัศมี 1 m — 111 pF · โลกในฐานะทรงกลม — ราว 710 µF |
| เริ่มใช้ | 1881 การประชุมไฟฟ้านานาชาติที่ปารีส · อยู่ใน SI ตั้งแต่ปี 1960 |
| มาตรฐาน | ISO 80000-6 · IEC 60384 · IEC 60062 · SI Brochure 9th ed. |
| ค่าทั่วไป | 10 pF — โพรบออสซิลโลสโคป · 100 nF — ข้างขาชิป · 3000 F — ซูเปอร์คาปาซิเตอร์ |
01 · นิยาม
หนึ่งคูลอมบ์ต่อทุกโวลต์
ความจุ C บอกว่าต้องใส่ประจุให้ตัวนำมากเท่าใด แรงดันของมันจึงจะเพิ่มขึ้นหนึ่งโวลต์ ดูได้ง่ายที่สุดจากแผ่นโลหะสองแผ่น แผ่นหนึ่งได้รับประจุบวก อีกแผ่นได้รับประจุลบ และเกิดสนามไฟฟ้าขึ้นระหว่างแผ่น ยิ่งแผ่นใหญ่และยิ่งอยู่ใกล้กัน ก็ยิ่งเก็บประจุได้มากที่แรงดันเท่าเดิม
ฉนวนระหว่างแผ่นโลหะทำให้ความจุเพิ่มขึ้น โมเลกุลของฉนวนหมุนตัวในสนามไฟฟ้าและหักล้างสนามบางส่วน แก้วเพิ่มความจุราว 7 เท่า เซรามิกแบเรียมไททาเนตเพิ่มได้พันเท่าขึ้นไป พลังงานที่สะสมไว้เพิ่มขึ้นตามกำลังสองของแรงดัน
«104» บนตัวเก็บประจุตัวเล็กหมายความว่าอะไร
บนจานเซรามิกมีที่พอสำหรับตัวเลขสามหลักกับตัวอักษรหนึ่งตัว สองหลักแรกคือต้นของตัวเลข หลักที่สามบอกว่าต้องเติมศูนย์กี่ตัว ทั้งหมดรวมกันคือความจุในหน่วยพิโกฟารัด ตัวอักษรหลังตัวเลขคือค่าความคลาดเคลื่อน เลือกตัวเลข แล้วด้านล่างจะแสดงความจุพร้อมขอบเขต
หากจะได้ 1 F จากแผ่นโลหะสองแผ่นที่มีช่องอากาศ 1 mm แต่ละแผ่นต้องมีพื้นที่ 113 km² ทรงกลมโดดเดี่ยวที่มีความจุ 1 F จะมีรัศมี 9 ล้าน km ซูเปอร์คาปาซิเตอร์เลี่ยงปัญหานี้อีกแบบ ประจุในตัวมันเกาะอยู่บนผิวของคาร์บอนที่มีรูพรุน และระยะห่างระหว่างประจุมีเพียงราวหนึ่งนาโนเมตร คาร์บอนแบบนี้หนึ่งกรัมมีพื้นผิวหลายร้อยตารางเมตร
ทำไมประกายไฟจึงกระโดดเมื่อดึงแก้วออกจากตัวเก็บประจุ
ทางซ้ายคือแหล่งจ่ายไฟแรงสูงถึง 15 kV ซึ่งประจุแผ่นโลหะสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาด 20 × 20 cm สองแผ่นผ่านตัวต้านทาน 100 MΩ แผ่นสีแดงคือขั้วบวก แผ่นสีฟ้าอมเขียวคือขั้วลบ เส้นสีเหลืองคือสนามไฟฟ้าระหว่างแผ่น: เส้นยิ่งถี่ สนามยิ่งแรง ทางขวาของแผ่น แท่งวัดเทียบสนามกับความทนทานของอากาศ ราว 3 kV/mm สอดฉนวนเข้าไประหว่างแผ่นได้ แว่นขยายทางขวาแสดงโมเลกุลของฉนวน: ปลายสีแดงคือบวก ปลายสีฟ้าอมเขียวคือลบ ตัดแหล่งจ่ายออกได้: เมื่อนั้นประจุจะไม่มีทางออก ปุ่ม «คายประจุ» ส่งพลังงานไปให้หลอดไฟ
แหล่งจ่ายกำลังประจุแผ่นโลหะ
02 · การแปลงหน่วย
| หน่วย | ค่า | พบที่ใด |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
«MFD» บนตัวเก็บประจุรุ่นเก่าคือไมโครฟารัด ไม่ใช่มิลลิฟารัด พิโกฟารัดเคยเขียนว่า «MMFD» — ไมโครไมโครฟารัด
ซูเปอร์คาปาซิเตอร์ 3000 F ที่ 2.7 V เก็บพลังงานได้ราว 11 kJ ใกล้เคียงกับถ่านอัลคาไลน์ AA หนึ่งก้อน
ความจุของโลกทั้งใบ ราว 710 µF น้อยกว่าตัวเก็บประจุกรองไฟ 1000 µF เพียงตัวเดียวในแหล่งจ่ายไฟ
03 · อันดับของขนาด
04 · เครื่องมือวัด
05 · กฎการเขียน
06 · หน่วยข้างเคียง
07 · ภาคประวัติ
ในปี 1956 แอนดรูว์ ทอมป์สัน และดักลาส แลมพาร์ด พบตัวเก็บประจุที่คำนวณความจุได้ ทรงกระบอกยาวสี่อันตั้งอยู่ที่มุมทั้งสี่ของสี่เหลี่ยมจัตุรัส ความจุระหว่างคู่ที่อยู่ตรงข้ามกันต่อความยาวหนึ่งเมตรเท่ากับ ε₀·ln 2 / π ราว 1.953 549 pF/m ข้อนี้เป็นจริงกับหน้าตัดแทบทุกแบบที่สมมาตรอย่างแม่นยำ ความยาววัดด้วยอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์เลเซอร์ และความจุได้มาจากความยาว
ตั้งแต่ปี 2019 ค่าคงตัว h และ e เป็นค่าแน่นอน และฟารัดเชื่อมกับค่าทั้งสองผ่านโอห์ม มาตรฐานความต้านทานจากปรากฏการณ์ฮอลล์เชิงควอนตัมถูกนำมาเทียบกับตัวเก็บประจุในบริดจ์ควอดราเจอร์ที่ความถี่ที่ทราบค่า: C = 1 / (2πfR) ด้วยวิธีนี้ ห้องปฏิบัติการแห่งชาติจึงสร้างฟารัดได้แม่นยำถึงระดับส่วนในล้านส่วน
สารบัญปริมาณ
ดัชนีทั้งหมด →หน่วยฐาน SI ทั้งเจ็ด
กรดหยดเดียวเปลี่ยนสีน้ำผลไม้ เกลือย้อมสีเปลวไฟ น้ำแข็งตัวเมื่อถูกเคาะ ข้างใต้คือทุกหน้าของ Simetrium เรียงตามสาขาและตามลำดับอักษร
เปิดดัชนี →