Farad
Türetilmiş SI birimi · büyüklük: elektrik sığası
01 · Tanım
Bir farad, bir coulombluk yükün bir voltluk gerilim yarattığı sığadır. Birim öylesine kocaman çıktı ki neredeyse hiç bütün olarak kullanılmaz: devrelerdeki kondansatörler pikofarad ve mikrofaradla ölçülür, farad ise gündelik kullanıma ancak süperkondansatörlerle girdi. Dünya büyüklüğünde bir kürenin sığası yedi yüz mikrofaraddır.
Leyden şişesi tarihin ilk kondansatörüydü, 1745. Sığası bir nanofarad dolayındadır: içi ve dışı folyolu bir cam şişe, sıra sıra keşişi yere seren bir yükü tutuyordu.
Levhalar arasına konan madde kutuplanır, kendi alanı dıştakini kısmen söndürür, aynı yükte gerilim düşer — demek sığa yükselir. Kâğıt üç katına yakın bir çarpan verir, mika altı, su seksen, seramikteki baryum titanat birkaç bine kadar. Yüksek geçirgenliğin bedeli kararsızlıktır: Y5V sınıfı seramik, çalışma sıcaklığı aralığının uçlarında sığasının yüzde seksenine varan kısmını yitirir ve gerilim altında gözle görülür biçimde çöker, bu yüzden duyarlı devrelere alçakgönüllü üçlüsüyle film konur.
02 · Dönüşüm
Bir sığa girin — künye onu birimlere ayırır
Gerçek parçalar piko- ve mikrofaradda yaşar, bu yüzden önekler burada tam güçle çalışır. Eski şema ve el kitaplarında sığa santimetreleriyle karşılaşılır — CGS-ES dizgesinin, aşağı yukarı bir pikofarada eşit birimi.
Kondansatör işaretlemesi üç basamaklıdır ve her zaman pikofarad cinsindendir: ilk iki rakam değer, üçüncüsü sıfırların sayısıdır. 104 kodu dört sıfırlı on, yani yüz bin pikofarad demektir; bunlar aynı zamanda yüz nanofarad ya da sıfır virgül bir mikrofaraddır — tek bir büyüklüğün, ayrı çizim okullarında görülen üç yazılışı. Yanındaki harf toleransı verir: K yüzde on, J beş, M yirmi.
| Birim | Ad | Değer | Nerede karşılaşılır |
|---|---|---|---|
| F | farad, SI birimi | 1 | bu künyenin başlangıç birimi |
| mF | milifarad | 1000 | seyrek önek: daha çok binlerce mikrofarad yazılır |
| µF | mikrofarad | 1000000 | şemaların en tanıdık öneki |
| nF | nanofarad | 10⁹ | Avrupa yazılışı; Amerika’da aynı 0,1 µF |
| pF | pikofarad | 10¹² | altında iletkenlerin kendi sığası başlar |
| cm | santimetre, CGS-ES | 8,988·10¹¹ | elektrostatik dizgede sığa uzunlukla ölçülürdü |
| R, m | bir kürenin yarıçapı | 8,988·10⁹ | bir farad için yarıçap dokuz milyon kilometreye çıkardı |
| cm | santimetre, CGS-ES | 8,988·10¹¹ | bir kürenin sığası yarıçapına eşittir |
| abF | abfarad, CGS-EM | 10⁻⁹ | tek bir birimde bir milyar farad |
| jar | «testi» | 9,009·10⁸ | bir bataryayı kaç Leyden şişesinin oluşturduğu sayılırdı |
| µµF | mikromikrofarad | 10¹² | piko yerine çift önek |
| F | farad | 1 | bu künyenin başlangıç birimi |
Farad, coulombun volta oranıdır, bu yüzden ikisinin arasında durur. Ohmla saniye verir, henry ile bir devrenin çınlanım frekansını
03 · Büyüklük mertebeleri
transistörden gezegeneBir farad: bardak büyüklüğünde bir süperkondansatör
04 · Ölçüm aletleri
Sığa neyle ölçülür
Parçaya bilinen frekansta bir sinüs uygular ve akımın genliğiyle faz kaymasından sığayı ve kayıpları hesaplar. Sonuç ölçüm frekansına bağlıdır: bir elektrolitik yüz hertzde ve on kilohertzde başka başka değerler gösterir, parçanın künyesinde frekans her zaman belirtilir.
Bir kolunda ölçün kondansatörü bulunan köprü devresi: sığa ile kayıp açısının tanjantı aynı anda dengelenir. Yüksek gerilim yalıtımının başlıca aletidir — bir kabloda ya da transformatörde kayıpların artışından, delinmeden çok önce yalıtkanın yaşlanmasına hükmedilir.
Sığa, bilinen bir direnç üzerinden gerilimin yüzde altmış üçüne varış süresi tutularak bulunur. Mikrodenetleyicilerdeki yerleşik işlev de, evde yapılmış her ölçer de böyle çalışır; süperkondansatörler için tek yol budur, çünkü köprüler böyle değerler için tasarlanmamıştır.
Birim uzunluk başına sığası yalnızca tek bir ölçülen büyüklüğe — örtüşme uzunluğuna — bağlı dört koşut silindir. 1956’da bulunan teorem sığanın geometriden hesaplanmasına olanak verdi ve elektrik ölçünlerini onlarca yıl metreye bağladı.
05 · Yazım kuralları
µF, nF, pF — ve hiç «µµF» yok
Çift önekler SI’da yasaktır: pikofarad pF yazılır, «µµF» ya da «mmF» değil, gerçi eski şemalarda ikisi de görülür. F simgesi büyüktür; yanındaki °F Fahrenheit derecesidir, başka bir büyüklük. Kondansatör işaretlemesinde «104» 10·10⁴ pF, yani 100 nF demektir.
Elektrolitik kondansatörler kutupludur ve işaretlemedeki gerilim bir sınırdır, çalışma noktası değil: 16 V’luk bir kondansatör 12 voltluk devrede yıllarca, 15 voltluk devrede aylarca yaşar. Radyo amatörlerinin alışkanlığı kaldırılmış iki öneki korudu: «µµF» ile «mmF» pikofarad demekti. CGS-ES dizgesinin tarihsel statfaradı santimetreye eşittir: elektrostatik birimlerde sığa uzunlukla ölçülürdü.
06 · Komşu birimler
Farad yük ile gerilim arasında durur, henry ile eşleştiğinde ise bir salınım devresinin frekansını belirler — tam da bir radyoyu bir istasyona ayarlayan devrenin.
Enerji bağıntısındaki gerilimin karesi, gerilimi ikiye katlamanın dört kat fazla depoladığı anlamına gelir — bu yüzden süperkondansatörlerde faradlar için değil, her fazla volt için savaşılır. Simetrium künyelerinden farada komşu olanlar künyelerinden farada komşu olanlar coulomb ve volt tanımdan, henry salınım devresinin eş büyüklüğü olarak, ohm zaman sabitinden ve joule depolanan enerjiden.
07 · Tarihsel bölüm
Faraddan önce sığa neyle sayılırdı
Pieter van Musschenbroek öyle şiddetli bir çarpılma yaşadı ki, kendi sözleriyle, deneyi Fransa tacı için bile yinelemezdi. Leyden şişesi bir nanofarad dolayında tutuyordu — ve bu bir insanı yere sermeye yetiyordu.
Faraday düzenli bir öğrenim görmedi ve matematiğe hâkim değildi, ama elektrotekniğe alanı da, indüklemeyi de, elektrolizi de tam olarak onun deneyleri kazandırdı. Sığa birimine onun adı verildi.
Elektrikçiler kongresi faradı coulomb ile volt üzerinden, volt, amper ve ohmla birlikte tanımladı. Uygulama hemen mikrofarada geçti: o yıllarda insan eliyle yapılmış hiçbir nesnenin sığası tam bir farad değildi.
Çift katmanlı kondansatörün patentini General Electric verdi, ama ürüne Japon NEC dönüştürdü ve 1978’de teyp belleği için bir «süperkondansatör» çıkardı. Bugün üç bin faradlık bir süperkondansatör avuç içine sığıyor.
Birim öyle bahtsız seçildi ki neredeyse iki yüz yıl kimse kullanmadı
Sığa, ölçünü saf geometriden kurulabilen tek elektriksel büyüklüktür. Thompson ile Lampard’ın 1956 tarihli teoremi, dört koşut silindirik elektrottan oluşan bir dizgede birim uzunluk başına sığanın yalnızca elektrik sabitine bağlı olduğunu, başka hiçbir şeye bağlı olmadığını söyler: ne çubukların çapına, ne aralarındaki uzaklıklara. Örtüşme uzunluğunu hareketli bir perdeyle ölçmek yeter — ve sığa hesapla bilinir. Böyle bir hesaplanabilir kondansatör metre başına yaklaşık iki pikofarad veriyordu ve ulusal sığa ölçünlerine, onlar aracılığıyla da ohm ölçünlerine temel oldu, çünkü direnç sığa ile frekanstan elde edilir. Kuantum Hall olayı bu zinciri 1990’da ohmu birincil kılarak kopardı; hesaplanabilir kondansatörler yine de bağımsız bir denetim olarak laboratuvarlarda kaldı — iki yol arasındaki fark bugün de elektrik ölçünlerinin tutarlılık sınavlarından biridir.
Katalog · ölçü birimleri
Her büyüklük için bir künye
Yedi temel SI birimi, kendi adı olan yirmi iki türetilmiş birim ve ne tekniğin ne de günlük yaşamın onsuz edemediği sistem dışı birimler. Her birinin kendi sayfası var: tanım, dönüşüm, aletler, yazım kuralları. 29 dilde.
Kendi adı olan türetilmiş SI birimleri
farad künyesi açıkTemel SI birimleri
terrakota renginde — faradı kuran dört birimBaşka dizgelerde sığa
Künyenin dili
29 dil. F simgesi uluslararasıdır, ama bir değerin yazılışı değildir: Avrupa şemalarında yüz nanofarad, Amerikan şemalarında sıfır virgül bir mikrofarad — künye gösterimi yerel uygulamaya getirir.