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 .
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 :
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:
где F = фарад , C = кулон , V = вольт , W = ватт , J = джоуль , N = ньютон , Ω = ом , Гц = герц , S = сименс , H = генри , A = ампер . [4]
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]
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 ряда производственных технологий и материалов, что обеспечивает чрезвычайно широкий диапазон значений емкости, используемых в электронных приложениях, от фемтофарад до фарад, с максимальным номинальным напряжением от нескольких вольт до нескольких киловольт.
Номиналы конденсаторов обычно указываются в префиксах 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]
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». Приставка «микро-», когда греческая строчная буква «μ» или устаревший микрознак «μ» отсутствуют (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)
Обратная величина емкости называется электрической эластичностью , единицей (нестандартной, не-СИ) является дараф . [17]
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.
Обычными единицами измерения являются микрофарад (мкФ), равный 0,000001 Ф; нанофарад (нФ), равный 0,000000001 Ф; и пикофарад (пФ), равный 0,000000000001 Ф.
Нанофарады также используются, чаще в Европе, чем в США.