Фарад

Единица электрической емкости СИ

Фарад (обозначение: F ) — это единица электрической емкости , способности тела сохранять электрический заряд в Международной системе единиц (СИ) , эквивалентная 1 кулону на вольт ( К/В). ^[1] Он назван в честь английского физика Майкла Фарадея (1791–1867). В базовых единицах СИ 1 F знак равно 1  кг ⁻¹ ⋅ м ⁻² ⋅ с ⁴ ⋅ А ² .

Определение

Емкость конденсатора равна одному фараду, когда один кулон заряда меняет потенциал между обкладками на один вольт . ^{[1] [2]} Точно так же один фарад можно описать как емкость, которая сохраняет заряд в один кулон при разности потенциалов в один вольт. ^[3]

Зависимость между емкостью, зарядом и разностью потенциалов линейна. Например, если разность потенциалов на конденсаторе уменьшить вдвое, количество заряда, хранимого в этом конденсаторе, также уменьшится вдвое.

Для большинства приложений фарад является непрактично большой единицей емкости. Большинство электрических и электронных приложений имеют следующие префиксы SI :

• 1 мФ (миллифарад, одна тысячная (10 ⁻³ ) фарада) = 0,001 Ф = 1 000  мкФ = 1 000 000 000  пФ
• 1 мкФ (микрофарад, одна миллионная (10 ⁻⁶ ) фарада) = 0,000 001 Ф = 1 000  нФ = 1 000 000  пФ
• 1 нФ (нанофарад, одна миллиардная (10 ⁻⁹ ) фарада) = 0,000 000 001 Ф = 0,001 мкФ = 1 000  пФ
• 1 пФ (пикофарад, одна триллионная (10–12 ⁾ фарада) = 0,000 000 000 001 Ф = 0,001 нФ

Равенства

Фарад — это производная единица , основанная на четырех из семи основных единиц Международной системы единиц : килограмм (кг), метр (м), секунда (с) и ампер (А).

Выраженный в комбинациях единиц СИ, фарад равен:

$${\displaystyle {\text{F}}={\dfrac {{\text{s}}^{4}{\cdot }{\text{A}}^{2}}{{\text{m}}^{2}{\cdot }{\text{kg}}}}={\dfrac {{\text{s}}^{2}{\cdot }{\text{C}}^{2}}{{\text{m}}^{2}{\cdot }{\text{kg}}}}={\dfrac {\text{C}}{\text{V}}}={\dfrac {{\text{A}}{\cdot }{\text{s}}}{\text{V}}}={\dfrac {{\text{W}}{\cdot }{\text{s}}}{{\text{V}}^{2}}}={\dfrac {\text{J}}{{\text{V}}^{2}}}={\dfrac {{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}}{{\text{V}}^{2}}}={\dfrac {{\text{C}}^{2}}{\text{J}}}={\dfrac {{\text{C}}^{2}}{{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}}}={\dfrac {\text{s}}{\Omega }}={\dfrac {1}{\Omega {\cdot }{\text{Hz}}}}={\dfrac {\text{S}}{\text{Hz}}}={\dfrac {{\text{s}}^{2}}{\text{H}}},}$$

где F = фарад , C = кулон , V = вольт , W = ватт , J = джоуль , N = ньютон , Ω = ом , Гц = герц , S = сименс , H = генри , A = ампер . ^[4]

История

Термин «фарад» был первоначально введен Латимером Кларком и Чарльзом Брайтом в 1861 году ^[5] в честь Майкла Фарадея для обозначения единицы количества заряда, а к 1873 году фарад стал единицей емкости. ^[6] В 1881 году на Международном конгрессе электриков в Париже название фарад было официально использовано для обозначения единицы электрической емкости. ^{[7] [8]}

Объяснение

Примеры различных типов конденсаторов

Конденсатор обычно состоит из двух проводящих поверхностей, часто называемых пластинами, разделенных изолирующим слоем , обычно называемым диэлектриком . Оригинальным конденсатором была лейденская банка , разработанная в 18 веке. Накопление электрического заряда на пластинах приводит к возникновению емкости . Современные конденсаторы изготавливаются с использованием различных производственных технологий и материалов, чтобы обеспечить чрезвычайно широкий диапазон значений емкости, используемых в электронных приложениях, от фемтофарад до фарад, с максимальным номинальным напряжением от нескольких вольт до нескольких киловольт.

Значения конденсаторов обычно указываются в виде префикса СИ#Список префиксов СИ в фарадах (Ф), микрофарадах ( мкФ ), нанофарадах ( нФ ) и пикофарадах ( пФ ). ^[9] Миллифарад ( мФ ) на практике используется редко; например, емкость 4,7 мФ (0,0047 Ф) вместо этого записывается  как 4700 мкФ . Нанофарад ( нФ ) редко встречается в Северной Америке . ^[10] Размер коммерчески доступных конденсаторов варьируется от 0,1 пФ до суперконденсаторов 5 000 Ф (5 кФ) . Паразитная емкость в высокопроизводительных интегральных схемах может измеряться в фемтофарадах (1 фФ = 0,001 пФ = 10⁻¹⁵  Ф), а высокопроизводительное испытательное оборудование способно обнаружить изменения ёмкости порядка десятков аттофарад (1 аФ = 10 ⁻¹⁸  Ф). ^[11]

Значение 0,1 пФ — это примерно наименьшее значение, доступное для конденсаторов общего использования в электронном проектировании, поскольку в конденсаторах меньшего размера будут преобладать паразитные емкости других компонентов, проводки или печатных плат . Значения емкости 1 пФ или ниже можно получить, скрутив вместе два коротких отрезка изолированного провода. ^{[12] [13]}

Емкость ионосферы Земли относительно земли рассчитана примерно в 1 Ф. ^[14]

Неформальная и устаревшая терминология

Пикофарад (пФ) иногда в просторечии произносится как «затяжка» или «пик», например, «конденсатор на десять затяжек». ^[15] Точно так же слово «микрофон» (произносится как «микрофон») иногда неофициально используется для обозначения микрофарад.

Часто использовались и используются нестандартные сокращения. Фарад обозначался сокращениями «f», «fd» и «Fd». Для приставки «микро-», когда греческая строчная буква «μ» или устаревший микрознак «μ» недоступны (как на пишущих машинках) или ее неудобно вводить, ее часто заменяют похожей по внешнему виду буквой «u» или «U», с небольшим риском путаницы. Его также заменили на похожее по звучанию «М» или «м», что может сбить с толку, поскольку М официально означает 1 000 000, а м предпочтительно означает 1/1000. В текстах до 1960 года и на упаковках конденсаторов до недавнего времени «микрофарад(ы)» обозначался сокращенно «мф» или «МФД», а не современным «мкФ». В каталоге Radio Shack 1940 года номинал каждого конденсатора указан в «Mfd.», от 0,000005 Mfd. (5 пФ) до 50 Мфд. (50 мкФ). ^[16]

«Микромикрофарад» или «микромикрофарад» — устаревшая единица измерения, встречающаяся в некоторых старых текстах и ​​этикетках, содержит нестандартную метрическую двойную приставку . Это в точности эквивалентно пикофараду (пФ). Это сокращенно мкФ, мкФ или (что сбивает с толку) «ммф», «ММФ» или «ММФД».

Сводка устаревших или устаревших единиц измерения емкости или сокращений: (варианты верхнего и нижнего регистра не показаны)

• мкФ (микрофарад) = мф, мфд, мкФ
• пФ (пикофарад) = ммс, ммфд, п.м.м., мкФ

Связанные понятия

Обратная величина емкости называется электрической эластичностью , единицей (нестандартной, не-СИ) является дараф . ^[17]

единицы СГС

Абфарад (сокращенно abF ) — устаревшая единица емкости СГС , соответствующая 10⁹ фарад (1 гигафарад, GF). ^[18]

Статфарад (сокращенно statF) — редко используемая единица СГС, эквивалентная емкости конденсатора с зарядом 1 статкулон при разности потенциалов 1 статвольт . Это 1/(10 ^-5 c ² ) фарад, примерно 1,1126 пикофарад. Чаще используют сантиметр (см), который равен статфараду. 

Примечания

1. Международная система единиц (СИ) (8-е изд.). Международное бюро мер и весов (Международный комитет мер и весов). 2006. с. 144.
2. «Фарад | Определение, символ и факты | Британника» . www.britanica.com . Проверено 25 июля 2022 г.
3. Питер М.Б. Уокер, изд. (1995). Словарь науки и технологий . Ларусс. ISBN 0752300105.
4. Международная система единиц (СИ) (9-е изд.). Международное бюро мер и веса. 2019. с. 138.
5. В качестве названий единиц различных электрических величин Брайт и Кларк предложили «ом» для напряжения, «фарад» для заряда, «гальват» для тока и «вольт» для сопротивления. Видеть:
   • Латимер Кларк и сэр Чарльз Брайт (1861 г.) «О формировании стандартов электрической величины и сопротивления», Отчет тридцать первого собрания Британской ассоциации содействия развитию науки (Манчестер, Англия: сентябрь 1861 г.), раздел: Математика и физика, стр. 37-38.
   • Латимер Кларк и сэр Чарльз Брайт (9 ноября 1861 г.) «Измерение электрических величин и сопротивления», The Electrician , 1 (1): 3–4.
6. Сэр В. Томсон и др. (1873 г.) «Первый отчет Комитета по выбору и номенклатуре динамических и электрических устройств», Отчет 43-го собрания Британской ассоциации содействия развитию науки (Брэдфорд, сентябрь 1873 г.), стр. 222-225. Из стр. 223: «Ом», представленный оригинальной стандартной катушкой, составляет примерно 10 ⁹ единиц сопротивления СГС: «вольт» равен примерно 10 ⁸ единиц СГС электродвижущей силы, а «фарад» равен примерно 1/10 ^9. единицы мощности СГС».
7. (Анон.) (24 сентября 1881 г.) «Электрический конгресс», « Электрик» , 7 : 297. Со стр. 297: «7. Название фарад будет присвоено емкости, определяемой условием, что кулон в фараде дает вольт».
8. Танбридж, Пол (1992). Лорд Кельвин: его влияние на электрические измерения и единицы измерения. Лондон: Перегринус. стр. 26, 39–40. ISBN 9780863412370. Проверено 5 мая 2015 г.
9. Брага, Ньютон К. (2002). Робототехника, мехатроника и искусственный интеллект. Ньюнес. п. 21. ISBN 0-7506-7389-3. Проверено 17 сентября 2008 г. Обычными единицами измерения являются микрофарад (мкФ), равный 0,000001 Ф; нанофарад (нФ), равный 0,000000001 Ф; и пикофарад (пФ), равный 0,000000000001 Ф.
10. Платт, Чарльз (2009). Марка: Электроника: обучение через открытия. О'Рейли Медиа. п. 61. ИСБН 9781449388799. Проверено 22 июля 2014 г. Нанофарады также используются, чаще в Европе, чем в США.
11. Грегориан, Рубик (1976). Аналоговые МОП-интегральные схемы для обработки сигналов . Джон Уайли и сыновья. п. 78.
12. Пиз, Боб (2 сентября 1993 г.). «Что это вообще за штука с фемтоамперами?». Электронный дизайн . Проверено 9 марта 2013 г.
13. Пиз, Боб (1 декабря 2006 г.). «Что это вообще за лучшее?». Электронный дизайн . Проверено 9 марта 2013 г.
14. Уильямс, LL (январь 1999 г.). «Электрические свойства атмосферы хорошей погоды и возможность наблюдаемых разрядов на движущихся объектах» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 21 декабря 2016 г. Проверено 13 августа 2012 г.
15. "Слоечка". Вольфрам Исследования . Проверено 9 июня 2009 г.
16. «Каталог Radio Shack 1940 года — страница 54 — Конденсаторы» . radioshackcatalogs.com . Архивировано из оригинала 11 июля 2017 года . Проверено 11 июля 2017 г.
17. "Дараф". Интернет-словарь Вебстера. Архивировано из оригинала 4 октября 2011 г. Проверено 19 июня 2009 г.
18. Граф, Рудольф Ф. (1999). Современный словарь электроники. Ньюнес. п. 1. ISBN 9780080511986. Проверено 15 апреля 2016 г.

Внешние ссылки

• Инструмент преобразования единиц измерения Фарад