1Фарад. Фарад: единица измерения электрической ёмкости в системе СИ — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое фарад и в каких единицах он измеряется. Как связан фарад с другими электрическими величинами. Где применяется фарад на практике. Какие существуют кратные и дольные единицы фарада.

Содержание

Фарад как основная единица измерения электрической ёмкости

Фарад (обозначение: Ф, F) — это основная единица измерения электрической ёмкости в Международной системе единиц (СИ). Она была названа в честь английского физика Майкла Фарадея, внесшего огромный вклад в изучение электромагнетизма.

Один фарад равен ёмкости конденсатора, при которой заряд в 1 кулон создает между его обкладками напряжение в 1 вольт. Математически это выражается формулой:

1 Ф = 1 Кл / 1 В

Где Ф — фарад, Кл — кулон, В — вольт.

Связь фарада с другими электрическими величинами

Фарад можно выразить через другие единицы СИ:

Ф = А² · с⁴ · кг⁻¹ · м⁻²
Ф = Дж / В²
Ф = Кл² / Дж
Ф = А · с / В
Ф = с / Ом

Где А — ампер, с — секунда, кг — килограмм, м — метр, Дж — джоуль, Ом — ом.

Практическое применение фарада в электротехнике

Фарад используется для измерения электрической ёмкости различных устройств и компонентов в электротехнике. Но какие конкретно устройства измеряются в фарадах?

Конденсаторы — основные накопители электрического заряда
Кабели — обладают распределенной ёмкостью
Межэлектродные ёмкости электронных приборов
Ионисторы (суперконденсаторы)

Важно отметить, что фарад — это очень большая единица ёмкости. Ёмкостью в 1 фарад обладал бы уединенный металлический шар радиусом 9 километров. Поэтому на практике чаще используются дольные единицы фарада.

Кратные и дольные единицы фарада

Для удобства измерения ёмкостей различного масштаба используются кратные и дольные единицы фарада, образованные с помощью стандартных приставок СИ:

Наиболее распространенные дольные единицы:

Микрофарад (мкФ, µF) = 10⁻⁶ Ф
Нанофарад (нФ, nF) = 10⁻⁹ Ф
Пикофарад (пФ, pF) = 10⁻¹² Ф

Редко используемые кратные единицы:

Килофарад (кФ, kF) = 10³ Ф
Мегафарад (МФ, MF) = 10⁶ Ф

Промышленные конденсаторы обычно имеют ёмкость от нескольких пикофарад до сотен микрофарад. Ионисторы могут достигать ёмкости в несколько фарад.

Особенности измерения ёмкости в фарадах

При измерении ёмкости в фарадах важно учитывать некоторые нюансы. Какие факторы влияют на точность измерения ёмкости?

Зависимость ёмкости от напряжения на обкладках конденсатора
Влияние температуры на ёмкость
Частотные характеристики конденсатора
Паразитные ёмкости измерительной схемы

Поэтому при прецизионных измерениях ёмкости необходимо указывать условия, при которых проводилось измерение.

Историческое развитие единиц измерения ёмкости

Единица измерения электрической ёмкости прошла долгий путь развития. Как менялись представления об измерении ёмкости с течением времени?

1861 год — Уильям Томсон предложил единицу «фарад»
1881 год — на Первом международном конгрессе электриков фарад утвержден как единица ёмкости
1946 год — фарад вошел в Международную систему единиц (СИ)

Изначально использовалось название «фарада», но позже оно было изменено на «фарад» для унификации с другими единицами СИ.

Сравнение фарада с другими единицами ёмкости

Фарад — не единственная единица измерения электрической ёмкости. Какие еще единицы существуют и как они соотносятся с фарадом?

Сантиметр (статфарад)

Единица ёмкости в системе СГСЭ:

1 статфарад ≈ 1,1126 пФ
1 Ф ≈ 8,9876 × 10¹¹ статфарад

Абфарад

Единица ёмкости в системе СГСМ:

1 абфарад = 10⁹ Ф = 1 ГФ

Эти единицы сегодня используются редко, в основном в теоретических расчетах.

Измерение ёмкости Земли в фарадах

Интересный факт: ёмкость Земли как уединенного проводника можно выразить в фарадах. Но какова эта ёмкость?

Ёмкость шара размером с Землю, используемого как уединенный проводник, составляет около 710 микрофарад. Это эквивалентно ёмкости крупного высоковольтного конденсатора.

Для сравнения, ёмкость шара радиусом 1 метр составляет примерно 111 пикофарад. Это показывает, насколько сильно ёмкость зависит от размеров проводника.

Применение фарада в современных технологиях

С развитием технологий появляются новые области применения ёмкостей, измеряемых в фарадах. Где сегодня используются устройства с большой ёмкостью?

Ионисторы в системах рекуперативного торможения электромобилей
Суперконденсаторы в портативной электронике
Накопители энергии в системах альтернативной энергетики
Компенсаторы реактивной мощности в электрических сетях

Развитие этих технологий приводит к созданию конденсаторов все большей ёмкости, вплоть до нескольких килофарад в одном устройстве.

Фарад | это… Что такое Фарад?

Фара́д (обозначение: Ф, F; прежнее название — фара́да) — единица измерения электрической ёмкости в Международной системе единиц (СИ), названа в честь английского физика Майкла Фарадея.

1 фарад равен ёмкости конденсатора, при которой заряд 1 кулон создаёт между его обкладками напряжение 1 вольт:

1 Ф = 1 Кл/1 В = I·T/U.

Ф = А² · с⁴ · кг⁻¹ · м⁻² = Дж/В² = Кл²/Дж = А · с / В = с/Ом.

Таким образом, конденсатор ёмкостью 1Ф, в идеале, может зарядиться до 1В при зарядке током 1А в течение 1 секунды. На практике же, ёмкость зависит от напряжения на обкладках конденсатора.

Фарад — очень большая ёмкость для уединённого проводника. Ёмкостью 1 Ф обладал бы уединённый металлический шар, радиус которого равен 13 радиусам Солнца. Ёмкость же Земли (точнее, шара размером с Землю, используемого как уединённый проводник) составляет около 710 микрофарад.

Ионистор со взаимной ёмкостью в 1 фарад.

Промышленные конденсаторы имеют номиналы, измеряемые в микро-, нано- и пикофарадах и выпускаются ёмкостью до десятков фарад; в звуковой аппаратуре используются гибридные конденсаторы ёмкостью до 40 фарад^[1].

Содержание

1 Область применения
2 Кратные и дольные единицы
3 Связь с единицами измерения в других системах
4 См. также
5 Примечания

Область применения

Фарад измеряет электрическую ёмкость, то есть характеризует заряды, создаваемые электрическими полями. Например в фарадах (и производных единицах) измеряют ёмкость кабелей, конденсаторов, межэлектродные ёмкости различных приборов.

Не следует путать электрическую ёмкость и электрохимическую ёмкость батареек и аккумуляторов, которая имеет другую природу и измеряется в других единицах — ампер-часах, соразмерных электрическому заряду (1 ампер-час равен 3600 кулонам).

Кратные и дольные единицы

Образуют с помощью стандартных приставок СИ.

Кратные				Дольные
величина	название	обозначение		величина	название	обозначение
10¹ Ф	декафарад	даФ	daF	10⁻¹ Ф	децифарад	дФ	dF
10² Ф	гектофарад	гФ	hF	10⁻² Ф	сантифарад	сФ	cF
10³ Ф	килофарад	кФ	kF	10⁻³ Ф	миллифарад	мФ	mF
10⁶ Ф	мегафарад	МФ	MF	10⁻⁶ Ф	микрофарад	мкФ	µF
10⁹ Ф	гигафарад	ГФ	GF	10⁻⁹ Ф	нанофарад	нФ	nF
10¹² Ф	терафарад	ТФ	TF	10⁻¹² Ф	пикофарад	пФ	pF
10¹⁵ Ф	петафарад	ПФ	PF	10⁻¹⁵ Ф	фемтофарад	фФ	fF
10¹⁸ Ф	эксафарад	ЭФ	EF	10⁻¹⁸ Ф	аттофарад	аФ	aF
10²¹ Ф	зеттафарад	ЗФ	ZF	10⁻²¹ Ф	зептофарад	зФ	zF
10²⁴ Ф	йоттафарад	ИФ	YF	10⁻²⁴ Ф	йоктофарад	иФ	yF
применять не рекомендуется не применяются или редко применяются на практике

В советской практике использовались только две единицы — микрофарада и пикофарада. Ёмкость в 1-100 мФ и нФ выражалась в тысячах микрофарад и пикофарад соответственно. Ёмкость в 100-1000 мФ и нФ выражалась в десятых долях фарады и микрофарады соответственно. Никакие другие единицы использовать было не принято.
- Также на схемах электрических цепей и часто в маркировке ранних конденсаторов советского производства число без буквы обозначало величину в пикофарадах, а с буквой м либо m — в микрофарадах. Этот нюанс надо учитывать при чтении схем в старых чертежах журналах советского издания, поскольку обычно одиночная буква «м» обозначает «милли-».
В текстах на языках, использующих латиницу, очень часто при обозначении микрофарад в тексте заменяют букву µ (мю) на латинскую u (uF вместо µF) из-за отсутствия в раскладке греческих букв.

Связь с единицами измерения в других системах

Сантиметр (другое название — статфарад, статФ) — единица электрической ёмкости в СГСЭ и гауссовой системе, ёмкость шара радиусом 1 см в вакууме.
- 1 статФ ≈ 1,1126… пФ.
- 1 Ф = 8,9875517873681764×10¹¹ статФ (точно). Коэффициент равен с²×10⁻⁵ Ф/см = 100/(4πε₀).
Абфарад — единица электрической ёмкости в СГСМ; очень большая единица, 1 абФ = 10⁹ Ф = 1 ГФ.

См. также

Фарадей — единица измерения электрического заряда (1 моль элементарных зарядов).

Примечания

↑ Однако ёмкость т. н. ионисторов (супер-конденсаторов с двойным электрическим слоем) может достигать многих килофарад.