Farad
 Un condensador d'1 farad | |
| Tipus | unitat derivada del SI amb nom especial, unitat derivada en UCUM i unit of capacitance (en)   |
|---|---|
| Sistema d'unitats | Unitat derivada del SI |
| Unitat de | Capacitància |
| Símbol | F |
| Epònim | Michael Faraday |
| Conversions d'unitats | |
| Unitats base del SI | 1 s4⋅A²⋅m−2⋅kg−1 |
| A unitats del SI | 1 F |
| Unitats de base | quilogram−1 metre−2 segon4 ampere2 |
El farad és la unitat del SI per a la capacitància elèctrica. Es tracta d'una unitat derivada amb nom propi i amb un símbol particular que és la lletra majúscula F.[1] Va rebre el seu nom en honor del físic britànic Michael Faraday,[2] el símbol F s'ha d'escriure en majúscula, però, en canvi, el nom de la unitat ha d'anar en minúscules farad.[3]
Un farad és la capacitat d'un condensador entre les plaques del qual existeix una diferència de potencial elèctric d'1 volt (1 V) quan està carregat d'una quantitat d'electricitat igual a un coulomb (1 C).[4]
En electrotècnia mesura més específicament la capacitat d'un condensador o un sistema de conductors, és a dir, la càrrega que pot emmagatzemar quan se li aplica una tensió.[5]
No s'ha de confondre amb el faraday, que és una unitat de càrrega elèctrica equivalent a la constant de Faraday, i que es defineix com la quantitat de càrrega elèctrica en un mol d'electrons i que és utilitzada en els sistemes electroquímics per a calcular la massa dels elements que es formaran en un elèctrode.
Definició
[modifica]El farad es defineix com la capacitància d'un dielèctric que produeix una diferència de potencial d'1 volt en el cas d'una càrrega elèctrica estàtica d'1 coulomb.[6][2] Igualment, un farad pot descriure's com la capacitat d'un dispositiu que emmagatzema una càrrega d'un coulomb quan se li aplica una diferència de potencial d'un volt.[7]
La relació entre capacitància, càrrega i diferència de potencial és lineal. Per exemple, si la diferència de potencial a través d'un condensador es redueix a la meitat, la quantitat de càrrega emmagatzemada per aquest condensador també es reduirà a la meitat. En unitats del SI es pot representar com s4 · A² · m-2 · kg-1. Com l'ampere és una relació entre el flux de corrent elèctric d'un coulomb per segon, una definició alternativa del farad seria la d'un ampere-segon de càrrega a un volt. Així tenim:
on F = farad, A = ampere, C = coulomb, V = volt, W = watt, J = jule, N = newton, Ω = Ohm, Hz = Hertz, S = siemens, H = henry, m = metre, s = segon.[8]
En unitats bàsiques del SI, el farad s'expressa de la manera següent:
Explicació
[modifica]Com que el farad és una unitat molt gran, en comparació als requisits habituals dels dispositius electrònics, el valor d'un condensador s'expressa sovint en microfards (μF), nanofarads (nF), o picofarads (pF). El mil·lifarad no s'acostuma a utilitzar a la pràctica, per exemple a una capacitància de 4,7−3 F s'acostuma a representar com 4700 µF, mentre que el nanofarad és poc comú a l'Amèrica del Nord.[9] Les capacitàncies molt petites, com les utilitzades als circuits integrats s'acostumen a expressar en femtofarads, un femtofarad és igual a 1−15 F. En el cas dels supercondensadors, la capacitància és de l'ordre dels quilofarads. La grandària dels condensadors disponibles en el mercat oscil·la entre uns 0,1 pF i 5000F (5 kF). La capacitància paràsita en els circuits integrats d'alt rendiment pot mesurar-se en femtofarads (1 fF = 0.001 pF = 10-15 F), mentre que els equips de prova d'alt rendiment poden detectar canvis en la capacitància de l'ordre de desenes de attofarads (1018 aF = 1 F).[10]
No s'ha de confondre el farad amb el faraday, una antiga unitat de càrrega desplaçada actualment pel coulomb.
La inversa de la capacitància s'anomena elastància, que en unitats del SI s'expressa en F-1, que de manera no estàndard de vegades rep el nom de daraf (farad escrit a la inversa).
Un condensador consisteix en dues superfícies conductores, habitualment anomenades plaques, separades per una capa aïllant, habitualment anomenada dielèctric. El primer condensador fou l'ampolla de Leyden al segle xviii. L'acumulació de càrrega entre les plaques constitueix la capacitància. Els condensadors moderns es fabriquen utilitzant una gran varietat de materials i tècniques per tal d'oferir una gran varietat de valors de capacitància. En els ginys electrònics s'utilitzen condensadors amb valors que van dels femtofarads fins als farads amb valors de voltatge entre pocs volts fins a diversos quilovolts.
Terminologia informal i obsoleta
[modifica]El picofarad (pF) a vegades es pronuncia col·loquialment com "puff" o "pic", com en "un condensador de deu pufs".[11] De manera similar, "mic" (pronunciat "mike") s'utilitza a vegades informalment per a significar microfarads.
S'han utilitzat i s'utilitzen sovint abreviatures no estàndard. Els farads s'han abreujat com a "f", "fd" i "Fd". Per al prefix "micro-", quan la lletra grega minúscula "μ" o el signe de micro llegat "μ" no està disponible (com en les màquines d'escriure) o és inconvenient introduir-ho, sovint se substitueix per la "o" o "O" d'aspecte similar, amb poc risc de confusió. També es va substituir per la "M" o "m", d'aparença similar, la qual cosa pot resultar confús perquè la M significa oficialment 1.000.000, i la m, preferentment, 1/1000. En els textos anteriors a 1960, i en els paquets de condensadors fins fa poc, "microfarad(s)" s'abreujava "mf" o "MFD" en lloc del modern "μF". Un catàleg de Radio Shack de 1940 enumerava el valor nominal de cada condensador en "Mfd.", des de 0,000005 Mfd. (5 pF) fins a 50 Mfd. (50 μF).[12]
"Micromicrofarad" o "micromicrofarad" és una unitat obsoleta que es troba en alguns textos i etiquetes antigues, conté un prefix doble mètric no estàndard. És exactament equivalent a un picofarad (pF). S'abreuja μμF, uuF, o (confusament) "mmf", "MMF", o "MMFD".
Resum de les unitats de capacitància obsoletes:[13] (no es mostren les variacions de majúscules i minúscules)
- μF (microfarad) = mf, mfd
- pF (picofarad) = mmf, mmfd, pfd, μμF
Conceptes relacionats
[modifica]El recíproc de la capacitància es denomina elastància elèctrica, la unitat de la qual (no estàndard, no pertanyent al Sistema Internacional d'Unitats) és el daraf.[14]
Múltiples
[modifica]A continuació una taula dels múltiples i submúltiples del Sistema Internacional d'Unitats.
| Múltiple | Nom | Símbol | Múltiple | Nom | Símbol | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 100 | farad | F | ||||
| 10¹ | decafarad | daF | 10–1 | decifarad | dF | |
| 10² | hectofarad | hF | 10–2 | centifarad | cF | |
| 103 | quilofarad | kF | 10–3 | mil·lifarad | mF | |
| 10⁶ | megafarad | MF | 10–6 | microfarad | µF | |
| 10⁹ | gigafarad | GF | 10–9 | nanofarad | nF | |
| 1012 | terafarad | TF | 10–12 | picofarad | pF | |
| 1015 | petafarad | PF | 10–15 | femtofarad | fF | |
| 1018 | exafarad | EF | 10–18 | attofarad | aF | |
| 1021 | zettafarad | ZF | 10–21 | zeptofarad | zF | |
| 1024 | yottafarad | YF | 10–24 | yoctofarad | yF |
A més en àmbits tècnics s'utilitza la unitat micro-microfarad escita com MMFD, mmfd, MMF o uuF la qual és equivalent al picofarad (pF).[15]
Des de fa diversos anys es troben disponibles en el mercat uns components electrònics anomenats "supercondensadors" amb una gran capacitat que varia entre un i mil farads. Aquests condensadors tenen un voltatge de funcionament bastant baix, de l'ordre de 2,7 volts. La connexió de diversos d'aquests "supercondensadors" en sèrie i en paral·lel permet obtenir un tipus de bateria capaç d'emmagatzemar prou energia per al seu ús en el transport (recuperació d'energia de frenada, per exemple en vehicles híbrids). Aquesta pot ser una alternativa als acumuladors en algunes aplicacions.
Història
[modifica]
El terme "farad" va ser encunyat originalment per Latimer Clark[nota 1] i Charles Bright a 1861,[16] en honor de Michael Faraday, per a una unitat de càrrega elèctrica, però per a 1873, el farad es va convertir en una unitat de capacitància.[17] En 1881, en el Electrical Congress de París, es va utilitzar oficialment el nom de farad per a la unitat de capacitat elèctrica.[18][19]
Notes
[modifica]- ↑ Josiah Latimer Clark (1822-1898), va ser un enginyer elèctric anglès, nascut a Great Marlow, Buckinghamshire,( «1899MNRAS..59..219. Page 219». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. 59, 1899, p. 219. Bibcode: 1899MNRAS..59..219.. DOI: 10.1093/mnras/59.5.219.) inventor de la cel·la de Clark.
Referències
[modifica]- ↑ BIMP, 2019, p. 26.
- 1 2 «Farad». Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia.
- ↑ BIMP, 2019, p. 36.
- ↑ The International System of Units (SI). 8th. Bureau International des Poids et Mesures (International Committee for Weights and Measures), 2006, p. 144. Arxivat 2021-04-19 a Wayback Machine.
- ↑ «cap.2, pág.54». A: Le Système international d'unités. 8ª, 2006. ISBN 92-822-2213-6. «Le farad est la capacité d’un condensateur électrique entre les armatures duquel apparaît une différence de potentiel électrique de 1 volt, lorsqu’il est chargé d’une quantité d’électricité égale à 1 coulomb.»
- ↑ BIMP, 2019, p. 49.
- ↑ Peter M B Walker. Diccionario de Ciencia y Tecnología. Larousse, 1995. ISBN 0752300105.
- ↑ org/documents/20126/41483022/SI-Brochure-9-EN.pdf/2d2b50bf-f2b4-9661-f402-5f9d66e4b507 El Sistema Internacional de Unidades (SI). 9ª. Bureau International des Poids et Mesures, 2019, p. 138.
- ↑ Platt, Charles. Make: Electronics: Learning Through Discovery. O'Reilly Media, 2009, p. 61. ISBN 9781449388799. «Els nanofarads també s'utilitzen, amb més freqüència a Europa que als Estats Units.»
- ↑ Gregorian, Roubik. Circuits integrats MOS analògics per al processament de senyals. John Wiley & Sons, 1976, p. 78.
- ↑ «Puff». Wolfram Research. Arxivat de l'original el 2021-04-28. [Consulta: 9 juny 2009].
- ↑ «1940 Radio Shack Catalog - Page 54 - Condensers». radioshackcatalogs.com. Arxivat de l'original el 2017-07-11. [Consulta: 11 juliol 2017].
- ↑ Braga, Newton C. Robòtica, Mecatrònica i Intel·ligència Artificial. Newnes, 2002, p. 21. ISBN 0-7506-7389-3. «Les unitats de mesura comunes són el microfarad (μF), que representa 0,000,001 F; el nanofarad (nF), que representa 0.000,000,001 F; i el picofarad (pF), que representa 0,000,000,000,001 F.»
- ↑ «Daraf». Webster's Online Dictionary. Arxivat de l'original el 2011-10-04. [Consulta: 19 juny 2009].
- ↑ MF - MMFD Conversion Chart Arxivat 2021-06-27 a Wayback Machine. (en anglès)
- ↑ .
Com a noms per a les unitats de diverses magnituds elèctriques, Bright i Clark van suggerir "ohma" per a la tensió, "farad" per a la càrrega, "galvat" per al corrent i "volt" per a la resistència. Vegeu:
- Latimer Clark and Sir Charles Bright (1861) "On the formation of standards of electrical quantity and resistance," Arxivat 2012-11-08 a Wayback Machine. Report of the Thirty-first Meeting of the British Association for the Advancement of Science (Manchester, England: September 1861), section: Mathematics and Physics, pp. 37-38.
- Latimer Clark and Sir Charles Bright (November 9, 1861) "Measurement of electrical quantities and resistance," The Electrician, 1 (1): 3–4.
- ↑ Sir W. Thomson, etc. (1873) "First report of the Committee for the Selection and Nomenclature of Dynamical and Electrical Units," Arxivat 2017-04-23 a Wayback Machine. Report of the 43rd Meeting of the British Association for the Advancement of Science (Bradford, Setembre 1873), pp. 222-225. From p. 223: "The "ohm," as represented by the original standard coil, is approximately 109 C.G.S. units of resistance: the "volt" is approximately 108 C.G.S. units of electromotive force: and the "farad" is approximately 1/109 of the C.G.S. unit of capacity."
- ↑ (Anon.) (Setembre 24, 1881) "The Electrical Congress," Arxivat 2019-03-06 a Wayback Machine. The Electrician, 7: 297. From p. 297: "7. The name farad will be given to the capacity defined by the condition that a coulomb in a farad gives a volt."
- ↑ Tunbridge, Paul. Lord Kelvin: his influence on electrical measurements and units. London: Peregrinus, 1992, p. 26, 39–40. ISBN 9780863412370.
Bibliografia
[modifica]- «Le Système International d'Unités» (PDF) (en francès i anglès). BIMP [Sèvres], Novena edició, 2019.
Enllaços externs
[modifica]- Eina de conversió d'unitats de farad
- Actes del 1r Congrés Internacional d'Elèctrics, París, 1881 (francès), consultat el 6 de març de 2023. Resolució del 21 de setembre de 1881: Definició de les unitats Ohm, Volt, Ampere, Coulomb i Farad; realització de l'Ohm mitjançant un patró de mercuri (pàgines 246 i 249).
