Fara
Năm 1746 tại Leiden, Pieter van Musschenbroek rót nước vào một chiếc bình thủy tinh và thả một sợi dây kim loại vào đó. Bình được tích điện từ một máy phát tĩnh điện. Người phụ tá cầm bình bằng một tay và chạm tay kia vào sợi dây. Cú giật mạnh đến mức Musschenbroek viết cho một đồng nghiệp rằng ông sẽ không bao giờ lặp lại thí nghiệm ấy.
Chiếc bình hóa ra là tụ điện đầu tiên: nước bên trong và bàn tay bên ngoài là hai bản cực, còn thủy tinh ở giữa là chất cách điện. Các bản cực giữ được bao nhiêu điện tích ở một hiệu điện thế cho trước — điều đó do điện dung cho biết. Một fara là điện dung mà hiệu điện thế 1 V nạp cho nó điện tích 1 C. Đó là con số rất lớn: cả Trái Đất, xét như một quả cầu, chỉ có điện dung khoảng 710 µF.
| Ký hiệu | F |
| Định nghĩa | culông trên vôn · C/V · kg⁻¹·m⁻²·s⁴·A² |
| Giá trị tham chiếu | ε₀ — 8,854 187 8·10⁻¹² F/m · quả cầu bán kính 1 m — 111 pF · Trái Đất như một quả cầu — khoảng 710 µF |
| Đưa vào | 1881, Đại hội Điện học Quốc tế tại Paris · trong SI từ năm 1960 |
| Tiêu chuẩn | ISO 80000-6 · IEC 60384 · IEC 60062 · SI Brochure 9th ed. |
| Giá trị điển hình | 10 pF — đầu dò máy hiện sóng · 100 nF — cạnh chân vi mạch · 3000 F — siêu tụ điện |
01 · Định nghĩa
Một culông cho mỗi vôn
Điện dung C cho biết cần đặt bao nhiêu điện tích lên một vật dẫn để hiệu điện thế của nó tăng thêm một vôn. Dễ thấy nhất là với hai bản cực. Một bản nhận điện tích dương, bản kia nhận điện tích âm, và giữa chúng xuất hiện điện trường. Bản cực càng lớn và càng gần nhau thì ở cùng hiệu điện thế chúng chứa được càng nhiều điện tích.
Chất cách điện giữa hai bản cực làm tăng điện dung. Các phân tử của nó xoay theo điện trường và làm điện trường yếu đi một phần. Thủy tinh làm tăng điện dung khoảng 7 lần, gốm bari titanat — hàng nghìn lần trở lên. Năng lượng tích trữ tăng theo bình phương hiệu điện thế.
«104» trên một tụ điện nhỏ nghĩa là gì
Trên một đĩa gốm chỉ đủ chỗ cho ba chữ số và một chữ cái. Hai chữ số đầu là phần đầu của con số. Chữ số thứ ba cho biết cần thêm bao nhiêu số không. Tất cả gộp lại là điện dung tính bằng picôfara. Chữ cái sau các chữ số là dung sai. Hãy chọn các chữ số, và bên dưới sẽ hiện điện dung cùng các giới hạn.
Muốn có 1 F từ hai bản cực với khe hở không khí 1 mm, mỗi bản phải rộng 113 km². Một quả cầu cô lập có điện dung 1 F sẽ có bán kính 9 triệu km. Siêu tụ điện vượt qua chuyện này theo cách khác. Điện tích trong đó nằm trên bề mặt than xốp, còn khoảng cách giữa các điện tích chỉ cỡ một nanômét. Một gam than như vậy có hàng trăm mét vuông bề mặt.
Vì sao tia lửa bắn ra khi rút tấm thủy tinh khỏi tụ điện
Bên trái là nguồn cao áp đến 15 kV, nạp điện cho hai bản cực vuông 20 × 20 cm qua điện trở 100 MΩ. Bản đỏ là cực dương, bản xanh ngọc là cực âm. Các đường vàng là điện trường giữa hai bản: đường càng dày, điện trường càng mạnh. Bên phải hai bản, một cột so sánh điện trường với độ bền điện của không khí, khoảng 3 kV/mm. Có thể đẩy một tấm cách điện vào giữa hai bản. Kính lúp bên phải cho thấy các phân tử của nó: đầu đỏ là dương, đầu xanh ngọc là âm. Có thể ngắt nguồn: khi đó điện tích không còn đường thoát. Nút «Phóng điện» truyền năng lượng cho bóng đèn.
Nguồn đang nạp điện cho các bản cực.
02 · Quy đổi
| Đơn vị | Giá trị | Gặp ở đâu |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
«MFD» trên các tụ điện cũ là micrôfara, không phải milifara. Picôfara từng được viết là «MMFD» — micrômicrôfara.
Siêu tụ điện 3000 F ở 2,7 V tích trữ khoảng 11 kJ. Xấp xỉ bằng một viên pin kiềm AA.
Điện dung của cả Trái Đất, khoảng 710 µF, nhỏ hơn một tụ lọc 1000 µF trong bộ nguồn.
03 · Bậc độ lớn
04 · Dụng cụ đo
05 · Quy tắc viết
06 · Các đơn vị lân cận
07 · Phần lịch sử
Năm 1956, Andrew Thompson và Douglas Lampard tìm ra một tụ điện có điện dung tính toán được. Bốn hình trụ dài đặt ở bốn góc của một hình vuông. Điện dung giữa hai cặp đối diện trên mỗi mét chiều dài bằng ε₀·ln 2 / π, khoảng 1,953 549 pF/m. Điều này đúng với hầu như mọi tiết diện có đối xứng chính xác. Chiều dài được đo bằng giao thoa kế laser, và điện dung suy ra từ chiều dài.
Từ năm 2019, các hằng số h và e là chính xác, và fara gắn với chúng thông qua ôm. Chuẩn điện trở dựa trên hiệu ứng Hall lượng tử được so sánh với tụ điện trong một cầu vuông pha ở tần số đã biết: C = 1 / (2πfR). Bằng cách này, các phòng thí nghiệm quốc gia tái tạo fara với độ chính xác đến phần triệu.
Danh mục đại lượng
toàn bộ chỉ mục →Bảy đơn vị cơ sở của SI
Một giọt axit đổi màu nước ép, muối nhuộm màu ngọn lửa, nước đóng băng sau một cú gõ. Bên dưới là mọi trang của Simetrium, theo ngành và theo thứ tự chữ cái.
Mở chỉ mục →