Fara
Đơn vị dẫn xuất SI · đại lượng: điện dung
01 · Định nghĩa
Một fara là điện dung mà trên đó điện tích một culông tạo ra hiệu điện thế một vôn. Đơn vị ra lớn đến mức hầu như không bao giờ dùng trọn: tụ điện trong mạch được đo bằng picôfara và micrôfara, còn fara chỉ vào đời sống thường ngày cùng với siêu tụ. Điện dung của quả cầu cỡ Trái Đất là bảy trăm micrôfara.
Bình Leyden là tụ điện đầu tiên trong lịch sử, năm 1745. Điện dung của nó chừng một nanôfara: một chai thủy tinh phủ lá kim loại trong và ngoài giữ được lượng điện đủ quật ngã cả hàng các thầy tu.
Chất đặt giữa hai bản bị phân cực, trường riêng của nó triệt tiêu một phần trường ngoài, hiệu điện thế ở cùng điện tích giảm xuống — nghĩa là điện dung tăng. Giấy cho hệ số chừng ba, mica sáu, nước tám mươi, bari titanat trong gốm tới vài nghìn. Cái giá của hằng số điện môi cao là sự bất ổn: gốm loại Y5V mất tới tám mươi phần trăm điện dung ở hai đầu dải nhiệt độ làm việc và sụt rõ rệt dưới điện áp, nên trong mạch chính xác người ta đặt màng với con số ba khiêm tốn của nó.
02 · Quy đổi
Nhập một điện dung — phiếu sẽ tách nó ra theo đơn vị
Linh kiện thật sống trong picô và micrôfara, nên các tiền tố ở đây làm việc hết công suất. Trong sơ đồ và sổ tay cũ gặp xentimét điện dung — đơn vị của hệ CGS-ES, bằng chừng một picôfara.
Ký hiệu trên tụ điện gồm ba chữ số và luôn tính bằng picôfara: hai chữ số đầu là giá trị, chữ số thứ ba là số lượng số không. Mã 104 nghĩa là mười với bốn số không, tức một trăm nghìn picôfara, cũng chính là một trăm nanôfara hay không phẩy một micrôfara — ba cách viết của một đại lượng, gặp trong các trường phái vẽ kỹ thuật khác nhau. Chữ cái bên cạnh cho dung sai: K là mười phần trăm, J là năm, M là hai mươi.
| Đơn vị | Tên | Giá trị | Gặp ở đâu |
|---|---|---|---|
| F | fara, đơn vị SI | 1 | đơn vị xuất phát của phiếu này |
| mF | milifara | 1000 | tiền tố hiếm dùng: thà viết hàng nghìn micrôfara |
| µF | micrôfara | 1000000 | tiền tố quen thuộc nhất trong sơ đồ |
| nF | nanôfara | 10⁹ | cách viết châu Âu; ở Mỹ vẫn 0,1 µF ấy |
| pF | picôfara | 10¹² | dưới đó bắt đầu điện dung của chính các dây dẫn |
| cm | xentimét, CGS-ES | 8,988·10¹¹ | trong hệ tĩnh điện, điện dung được đo bằng chiều dài |
| R, m | bán kính quả cầu | 8,988·10⁹ | để được một fara thì bán kính phải tới chín triệu kilômét |
| cm | xentimét, CGS-ES | 8,988·10¹¹ | điện dung của quả cầu bằng bán kính của nó |
| abF | abfara, CGS-EM | 10⁻⁹ | một tỉ fara trong một đơn vị |
| jar | «bình» | 9,009·10⁸ | người ta đếm xem bao nhiêu bình Leyden làm nên một bộ |
| µµF | micrômicrôfara | 10¹² | tiền tố kép thay cho picô |
| F | fara | 1 | đơn vị xuất phát của phiếu này |
Fara là tỉ số của culông với vôn, nên đứng giữa hai đơn vị ấy. Với ôm nó cho giây, với henry cho tần số cộng hưởng của mạch
03 · Bậc độ lớn
từ tranzito đến hành tinhMột fara: siêu tụ cỡ một cái cốc
04 · Dụng cụ đo
Điện dung được đo bằng gì
Nó đưa vào linh kiện một tín hiệu hình sin có tần số đã biết, rồi từ biên độ và độ lệch pha của dòng mà tính ra điện dung và tổn hao. Kết quả phụ thuộc tần số đo: tụ hóa ở một trăm hec và ở mười kilôhec sẽ cho những giá trị khác nhau, nên trong phiếu của linh kiện tần số luôn được ghi rõ.
Mạch cầu với một tụ chuẩn ở một nhánh: cân bằng đồng thời điện dung và tang góc tổn hao. Đây là thiết bị chính của ngành cách điện cao áp — từ mức tăng tổn hao trong cáp hay máy biến áp người ta đoán ra sự lão hóa của điện môi từ rất lâu trước khi đánh thủng.
Điện dung tìm được bằng cách bấm giờ đến khi đạt sáu mươi ba phần trăm hiệu điện thế qua một điện trở đã biết. Hàm dựng sẵn trong vi điều khiển làm việc như vậy, và mọi máy đo tự chế cũng thế; với siêu tụ đây là con đường duy nhất, bởi cầu đo không được tính cho những giá trị như thế.
Bốn hình trụ song song mà điện dung trên một đơn vị chiều dài chỉ phụ thuộc một đại lượng đo được duy nhất — chiều dài phần chồng nhau. Định lý tìm ra năm 1956 đã cho phép tính điện dung từ hình học và trong nhiều thập kỷ buộc chuẩn điện vào mét.
05 · Quy tắc viết
µF, nF, pF — và không có «µµF» nào cả
Tiền tố kép bị cấm trong SI: picôfara viết là pF, chứ không phải «µµF» hay «mmF», dù trong sơ đồ cũ gặp cả hai. Ký hiệu F viết hoa; °F bên cạnh là độ Fahrenheit, một đại lượng khác. Trong ký hiệu tụ điện, «104» nghĩa là 10·10⁴ pF, tức 100 nF.
Tụ hóa có cực tính, và điện áp ghi trên vỏ là giới hạn chứ không phải điểm làm việc: tụ 16 V sống nhiều năm trong mạch 12 V và vài tháng trong mạch 15 V. Thói quen của dân vô tuyến nghiệp dư đã giữ lại hai tiền tố đã bãi bỏ: «µµF» và «mmF» nghĩa là picôfara. Statfara lịch sử của hệ CGS-ES bằng xentimét: trong các đơn vị tĩnh điện, điện dung được đo bằng chiều dài.
06 · Các đơn vị lân cận
Fara đứng giữa điện tích và hiệu điện thế, còn khi cặp với henry thì định ra tần số của mạch dao động — chính cái mạch dò đài cho máy thu thanh.
Bình phương hiệu điện thế trong công thức năng lượng nghĩa là tăng gấp đôi điện áp thì tích trữ gấp bốn — vì thế ở siêu tụ người ta giành nhau từng vôn thêm chứ không phải fara. Trong các phiếu của Simetrium, kề bên fara là các phiếu của Simetrium kề bên fara là coulomb và vôn từ định nghĩa, henry như đại lượng song đôi của mạch, ôm từ hằng số thời gian và jun của năng lượng tích trữ.
07 · Phần lịch sử
Trước fara người ta tính điện dung bằng gì
Pieter van Musschenbroek nhận một cú giật mạnh đến mức, theo lời chính ông, ông sẽ không lặp lại thí nghiệm dù được cả vương miện nước Pháp. Bình Leyden giữ chừng một nanôfara — và bấy nhiêu đã đủ quật ngã một người.
Faraday không được học hành bài bản và không thạo toán, nhưng chính những thí nghiệm của ông đã cho kỹ thuật điện cả trường, cả cảm ứng, cả điện phân. Đơn vị điện dung mang tên ông.
Đại hội các nhà điện học định nghĩa fara qua culông và vôn, cùng với vôn, ampe và ôm. Thực tế lập tức chuyển sang micrôfara: những năm ấy không một vật nào do tay người làm ra có điện dung trọn một fara.
Bằng sáng chế tụ hai lớp điện do General Electric nộp, nhưng đưa nó thành sản phẩm lại là NEC của Nhật, khi năm 1978 tung ra một «siêu tụ» cho bộ nhớ máy ghi âm băng từ. Ngày nay siêu tụ ba nghìn fara nằm gọn trong lòng bàn tay.
Đơn vị được chọn xui xẻo đến mức gần hai trăm năm không ai dùng
Điện dung là đại lượng điện duy nhất mà chuẩn của nó có thể dựng từ hình học thuần túy. Định lý Thompson — Lampard năm 1956 nói rằng trong hệ bốn điện cực trụ song song, điện dung trên một đơn vị chiều dài chỉ phụ thuộc hằng số điện và không phụ thuộc gì khác: không phụ thuộc đường kính các thanh, cũng không phụ thuộc khoảng cách giữa chúng. Chỉ cần đo chiều dài phần chồng nhau bằng một màn chắn di động — và điện dung đã biết qua tính toán. Tụ tính được như thế cho khoảng hai picôfara trên mét, và đã làm nền cho các chuẩn điện dung quốc gia, qua chúng làm nền cho chuẩn ôm, vì điện trở thu được từ điện dung và tần số. Hiệu ứng Hall lượng tử đã cắt đứt chuỗi ấy năm 1990 khi đưa ôm lên hàng thứ nhất; song những tụ tính được vẫn ở lại các phòng thí nghiệm như một phép kiểm tra độc lập — độ lệch giữa hai con đường đến nay vẫn là một trong các phép thử tính nhất quán của chuẩn điện.
Danh mục · đơn vị đo
Mỗi đại lượng một phiếu
Bảy đơn vị cơ bản của SI, hai mươi hai đơn vị dẫn xuất có tên riêng, và những đơn vị ngoài hệ mà cả kỹ thuật lẫn đời thường đều không thể thiếu. Mỗi đơn vị một tờ riêng: định nghĩa, quy đổi, dụng cụ, quy tắc viết. Bằng 36 ngôn ngữ.
Đơn vị dẫn xuất SI có tên riêng
phiếu của fara đang mởĐơn vị cơ bản của SI
màu đất nung — bốn đơn vị làm nên faraĐiện dung trong các hệ khác
Ngôn ngữ của phiếu
36 ngôn ngữ. Ký hiệu F mang tính quốc tế, còn cách viết một giá trị thì không: một trăm nanôfara trong sơ đồ châu Âu, không phẩy một micrôfara trong sơ đồ Mỹ — phiếu đưa cách ghi về thông lệ địa phương.