大小写

大写拉丁字母 F。单位名称小写：farad（法拉）。几乎总是带词头：µF、nF、pF。

不要混淆

F 不是 °F（华氏度）。法拉也不是法拉第：法拉第指一摩尔电子所带的电荷，约 96 485 C。

铭牌上的字母 F 是一只金属电容器。上面的横杠是正极板，中间的横杠是负极板。右边的电池经电阻器送来电荷，两根横杠之间的电场逐渐增强，左边电压表的指针随之上升。下方有一个标记沿充电曲线移动，经过 τ 点：这时电压已充到 63 %。极板充满后，两板之间跳过一道火花，一切重新开始。

单位护照 · 电容

法拉

国际单位制导出单位 · 物理量：电容

1746 年，彼得·范·穆森布罗克在莱顿往玻璃瓶里倒了水，又把一根导线插进去，再用起电机给它充电。助手一只手拿着瓶子，另一只手碰了一下导线。电击猛烈得让穆森布罗克写信告诉同行：无论如何他都不会再做这个实验了。

这只瓶子成了第一个电容器：瓶里的水和瓶外的手是两块极板，中间的玻璃是绝缘体。在一定电压下极板能容纳多少电荷，由电容来表示。一法拉就是 1 V 电压能使其带上 1 C 电荷的电容。这非常大：整个地球作为一个球体，电容也只有约 710 µF。

记号	F
定义	库仑每伏特 · C/V · kg⁻¹·m⁻²·s⁴·A²
参考值	ε₀ — 8.854 187 8·10⁻¹² F/m · 半径 1 m 的球 — 111 pF · 地球作为球体 — 约 710 µF
引入	1881 年，巴黎国际电学大会 · 1960 年起纳入国际单位制
标准	ISO 80000-6 · IEC 60384 · IEC 60062 · SI Brochure 9th ed.
典型值	10 pF — 示波器探头 · 100 nF — 芯片引脚旁 · 3000 F — 超级电容器

前往换算去看莱顿瓶

01 · 定义

每伏特一库仑

电容 C 表示：要让导体的电压升高一伏特，需要给它加多少电荷。用两块极板最容易看清这一点。一块带正电，另一块带负电，两板之间就产生电场。极板越大、靠得越近，在同样的电压下容纳的电荷就越多。

极板之间的绝缘体会增大电容。它的分子在电场中转动，部分抵消电场。玻璃使电容增大约 7 倍，钛酸钡陶瓷则增大一千倍甚至更多。储存的能量与电压的平方成正比。

C — 电容，F · Q — 电荷，C · U — 电压，V · ε₀ — 电常数，F/m · εr — 绝缘体的相对介电常数 · A — 极板面积，m² · d — 间隙，m · W — 能量，J

量纲

M⁻¹ L⁻² T⁴ I²

电荷乘电压

真空

8.85 pF/m

ε₀，2019 年后的精确值

地球

≈ 710 µF

半径 6371 km 的球

互动 · IEC 60062 电容器代码

小电容器上的“104”是什么意思

陶瓷圆片上只写得下三位数字和一个字母。前两位数字是数值的开头，第三位表示后面补几个零，合起来就是以皮法为单位的电容。数字后面的字母表示偏差。选好数字，下方就会显示电容及其范围。

电容

范围

E12 系列

为什么一法拉很大

要用两块空气间隙为 1 mm 的极板得到 1 F，每块极板的面积得有 113 km²。电容为 1 F 的孤立球体，半径将达 9 百万 km。超级电容器另辟蹊径：电荷附着在多孔碳的表面，电荷之间的间隙只有约一纳米。一克这样的碳就有数百平方米的表面积。

互动 · 加上电压的平行板电容器

为什么从电容器中抽出玻璃时会打出火花

左边是最高 15 kV 的高压电源，它通过 100 MΩ 的电阻器给两块 20 × 20 cm 的方形极板充电。红色极板为正，青绿色极板为负。黄线表示两板之间的电场：线越密，电场越强。极板右边的柱条把电场与空气的击穿强度（约 3 kV/mm）作比较。可以在两板之间推入绝缘体。右边的放大镜显示它的分子：红端为正，青绿端为负。电源可以断开，这时电荷无处可去。“放电”按钮把能量交给灯泡。

左：电源最高 15 kV · 电阻器 100 MΩ · 极板 0.04 m²右：放大的绝缘体 · 充电时间已放慢

绝缘体

电源电压

极板间隙

电路

电容

—

电荷

—

—

电压

—

—

电场

—

—

能量

—

—

电源正在给极板充电。

02 · 换算

以法拉计

单位	数值	常见于何处
{n}	{v}	{note}

旧电容器上的“MFD”指微法，而不是毫法。皮法过去写作“MMFD”，即微微法。

3000 F、2.7 V 的超级电容器约储存 11 kJ 能量，和一节 AA 碱性电池差不多。

整个地球的电容约为 710 µF，还不如电源里一只 1000 µF 的滤波电容器大。

03 · 数量级

电容从 10⁻¹⁵ 到 10⁴ F，对数刻度

04 · 测量仪器

验电器和莱顿瓶

电荷从瓶子沿导线传到两片金箔上。同种电荷相互排斥，电压越高，金箔张得越开。

谐振仪

把电容器与一个电感已知的线圈接成回路。仪器寻找回路振荡最强的频率，再由这个频率求出电容：f₀ = 1 / (2π√LC)。

万用表 · 电容挡

仪器用恒定电流给电容器充电，并计时，直到电压达到阈值。电容越大，充电时间越长：C = I·t / U。

电容式触摸传感器

屏幕玻璃下面有一层电极网格。手指会给最近的节点增加零点几皮法的电容。控制器每秒检查节点数百次，从而察觉这一变化。

05 · 书写规则

正确

22 pF, 100 nF, 4.7 µF — 空一格，词头小写

IEC 60062 电路图写法： 4n7, 2µ2, 100p

外壳上的代码 104K — 即 100 nF ± 10 %

电缆单位长度电容 100 pF/m

错误

100 NF, 4.7uf, 22 pf — 大小写很重要

4.7 mF 而不是 4.7 µF — 相差一千倍

MFD 和 mmfd 用在新文本中 — 已是过时的缩写

微法用在国际文本中，代替 µF

06 · 相邻单位

07 · 历史部分

汤普森–兰帕德电容器

计量学札记

1956 年，安德鲁·汤普森和道格拉斯·兰帕德找到了一种电容可以计算出来的电容器。四根长圆柱立在正方形的四个角上。相对两对圆柱之间每米长度的电容等于 ε₀·ln 2 / π，约 1.953 549 pF/m。只要截面具有精确的对称性，几乎无论形状如何，这一结论都成立。长度用激光干涉仪测量，电容便由长度得出。

2019 年以后，常数 h 和 e 成为精确值，法拉通过欧姆与它们联系起来。在已知频率下，用正交电桥把量子霍尔电阻基准与电容器作比较：C = 1 / (2πfR)。各国国家实验室就是这样复现法拉的，准确度达到百万分之几。

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