Farad

Farad (simbol: F) je SI jedinica za električni kapacitet (nazvana po Majklu Faradeju). Kondenzator ima vrednost jednog farada kada jedan kulon naelektrisanja izazove potencijalnu razliku od jednog volta na njemu. U ostalim SI jedinicama može da se zapiše kao:

Farad
Moderni super-kondenzator od jednog farada. Skala iza je u inčima (gore) i centimetrima (dole).
Informacije o jedinici
Sistem	SI izvedena jedinica
Jedinica	Električna kapacitivnost
Simbol	F
Imenovan po	Majkl Faradej
Derivation	1 F = 1 C/V = 1 s/Ω
Jedinična pretvaranja
1 F u ...	... je jednak sa ...
Osnovne jedinice SI sistema	kg−1⋅m−2⋅s4⋅A2

${\mbox{C}}\cdot {\mbox{V}}^{-1}={\mbox{m}}^{-2}\cdot {\mbox{kg}}^{-1}\cdot {\mbox{s}}^{4}\cdot {\mbox{A}}^{2}$

Pošto je farad veoma velika jedinica, vrednosti kondenzatora se često pišu u mikrofaradima, (μF), nanofaradima (nF) ili pikofaradima (pF). Umnošci veći od mikrofarada se retko koriste u praksi, čak i za veće kapacitete, tako da se kapacitet od 4,7×10^-3 F, na primer, najčešće piše kao 4700 μF.

Farad ne bi trebalo da se meša sa faradejem, (starom jedinicom za naelektrisanje, koja je u novije vreme zamenjena kulonom) a koji se još uvek koristi u fizičkoj hemiji kao jedna od ključnih elektrohemijskih veličina.

Recipročna vrednost kapaciteta se zove elastanca, (nestandardna i ne-SI) veličina čija je jedinica daraf.

Definicija

Jedan farad se definiše kao kapacitivnost preko koje, kada je naelektrisan sa jednim kulonom, postoji razlika potencijala od jednog volta. Isto tako, jedan farad se može opisati kao kapacitet koji skladišti naelektrisanje od jednog kulona preko potencijalne razlike od jednog volta.

Odnos između kapacitivnosti, naelektrisanja i razlike potencijala je linearan. Na primer, ako se razlika potencijala na kondenzatoru prepolovi, količina naelektrisanja koju taj kondenzator čuva takođe će biti prepolovljena.

Za većinu aplikacija, farad je nepraktično velika jedinica kapacitivnosti. Većina električnih i elektronskih aplikacija pokrivena je sledećim SI prefiksima:

• 1 mF (milifarad, hiljaditi deo (10⁻³) farada) = 0,001 F = 1000 μF = 1000000 nF
• 1 μF (mikrofarad, milioniti deo (10⁻⁶) farada) = 0,000 001 F = 1000 nF = 1000000 pF
• 1 nF (nanofarad, milijarditi deo (10⁻⁹) farada) = 0,000 000 001 F = 0,001 μF = 1000 pF
• 1 pF (pikofarad, bilioniti deo (10⁻¹²) farada) = 0,000 000 000 001 F = 0,001 nF

Jednakosti

Farad je izvedena jedinica zasnovana na četiri od sedam osnovnih jedinica Međunarodnog sistema jedinica: kilogram (kg), metar (m), sekunda (s) i amper (A).

Izražen u kombinacijama SI jedinica, farad je:

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

gde je F = farad, C = kulon, V = volt, W = vat, J = džul, N = njutn.

Istorija

Termin „farad“ su prvobitno skovali Latimer Klark i Čarls Brajt 1861. godine, u čast Majkla Faradeja, za jedinicu količine naelektrisanja, ali je do 1873. farad postao jedinica za kapacitet. Godine 1881. na Međunarodnom kongresu električara u Parizu, naziv farad je zvanično korišćen za jedinicu električnog kapaciteta.

Objašnjenje

Primeri različitih tipova kondenzatora

Kondenzator se generalno sastoji od dve provodne površine, koje se često nazivaju pločama, odvojene izolacionim slojem koji se obično naziva dielektrik. Originalni kondenzator je bio Lejdenska tegla razvijena u 18. veku. To je akumulacija električnog naboja na pločama koja rezultira kapacitivnošću. Savremeni kondenzatori su konstruisani korišćenjem niza proizvodnih tehnika i materijala da bi se obezbedio izuzetno širok opseg vrednosti kapacitivnosti koje se koriste u elektronskim aplikacijama od femtofarada do farada, sa maksimalnim naponskim ocenama u rasponu od nekoliko volti do nekoliko kilovolti.

Vrednosti kondenzatora se obično navode u faradima (F), mikrofaradima (μF), nanofaradima (nF) i pikofaradima (pF). Milifarad se retko koristi u praksi (kapacitivnost od 4,7 mF (0,0047 F), na primer, umesto toga se zapisuje kao 4700 μF), dok je nanofarad neuobičajen u Severnoj Americi. Veličina komercijalno dostupnih kondenzatora kreće se od oko 0,1 pF do 5000F (5 kF) superkondenzatora. Parazitska kapacitivnost u integrisanim kolima visokih performansi može se meriti u femtofaradima (1 fF = 0.001 pF = 10⁻¹⁵ F), dok testna oprema visokih performansi može da otkrije promene u kapacitivnosti reda desetina atofarada (1 aF = 10⁻¹⁸ F).

Vrednost od 0,1 pF je otprilike najmanja dostupna u kondenzatorima za opštu upotrebu u elektronskom dizajnu, pošto bi manjim dominirali parazitski kapaciteti drugih komponenti, ožičenja ili štampanih ploča. Vrednosti kapacitivnosti od 1 pF ili manje mogu se postići uvrtanjem dve kratke dužine izolovane žice zajedno.

Kapacitet Zemljine jonosfere u odnosu na tlo je izračunat na oko 1 F.

Neformalna i zastarela terminologija

Pikofarad (pF) se ponekad kolokvijalno izgovara kao „paf” ili „pik”, kao u „deset-piko kondenzatoru”. Slično, „mic” (izgovara se „mik”) se ponekad neformalno koristi za označavanje mikrofarada.

Često su se koristile i koriste se nestandardne skraćenice. Farad je skraćeno zapisuje kao „f”, „fd” i „Fd”. Za prefiks „micro-“, kada grčko malo slovo „μ“ ili stari mikro znak „μ“ nije dostupan (kao na pisaćim mašinama) ili je nezgodan za unos, često se zamenjuje sa „u“ ili „U” sličnog izgleda, uz mali rizik od moguće zabune. Takođe je ponekad zamenjuje sa „M“ ili „m“ koji slično zvuče, što može biti zbunjujuće jer M zvanično predstavlja 1.000.000, a m preferentno označava 1/1000. U tekstovima pre 1960. godine i na kondenzatorskim paketima sve do nedavno, „mikrofarad“ je skraćivan sa „mf“ ili „MFD“ umesto modernog „μF“. U katalogu Radio Šaka iz 1940. godine navedene su ocene svakog kondenzatora u „Mfd.“, od 0,000005 Mfd. (5 pF) do 50 Mfd. (50 μF).

„Mikromikrofarad“ ili „mikro-mikrofarad“ je zastarela jedinica koja se nalazi u nekim starijim tekstovima i oznakama, sadrži nestandardni metrički dvostruki prefiks. To je tačno ekvivalentno pikofaradu (pF). Skraćeno je μμF, uuF ili (zbunjujuće) „mmf“, „MMF“ ili „MMFD“.

Pregled zastarelih jedinica kapacitivnosti: (varijacije velikim/malim slovima nisu prikazane)

• μF (mikrofarad) = mf, mfd
• pF (pikofarad) = mmf, mmfd, pfd, μμF

Povezani koncepti

Recipročna vrednost kapaciteta naziva se električna elastanca, čija je (nestandardna, ne-SI) jedinica daraf.

CGS jedinice

Abfarad (skraćeno abF) je zastarela CGS jedinica kapacitivnosti jednaka 10⁹ farada (1 gigafarad, GF).

Statfarad (skraćeno statF) je retko korišćena CGS jedinica ekvivalentna kapacitivnosti kondenzatora sa naelektrisanjem od 1 statkulona preko potencijalne razlike od 1 statvolta. To je 1/(10⁻⁵c²) farad, otprilike 1,1126 pikofarada.

Literatura

• E Richard Cohen; Tom Cvitas; Jeremy G Frey; Bertil Holstrom; John W Jost, ur. (2007). Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry (PDF). International Union of Pure and Applied Chemistry (3. izd.). Royal Society of Chemistry; 3rd edition. ISBN 0854044337. 

• International Union of Pure and Applied Chemistry (1993). Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry, 2nd edition, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. Electronic version.
• Dorf, Richard C.; Svoboda, James A. (2001). Introduction to Electric Circuits (5th изд.). New York: John Wiley & Sons. ISBN 978-0471386896. 
• Philosophical Transactions of the Royal Society LXXII, Appendix 8, 1782 (Volta coins the word condenser)
• Ulaby, Fawwaz Tayssir (1999). Fundamentals of Applied Electromagnetics (2nd изд.). Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. ISBN 978-0130115546. 
• Schroder, Dieter K. (2006). Semiconductor Material and Device Characterization (3rd изд.). Wiley. стр. 270 ff. ISBN 978-0471739067. 
• Sze, Simon M.; Ng, Kwok K. (2006). Physics of Semiconductor Devices (3rd изд.). Wiley. ISBN 978-0470068304. 
• Tantalum and Niobium-Based Capacitors – Science, Technology, and Applications; 1st Ed; Yuri Freeman; Springer; 120 pages; . 2018. ISBN 978-3319678696..
• Capacitors; 1st Ed; R.P.D eshpande; McGraw-Hill; 342 pages; . 2014. ISBN 978-0071848565..
• The Capacitor Handbook; 1st Ed; Cletus Kaiser; Van Nostrand Reinhold; 124 pages; . 1993. ISBN 978-9401180924..
• Understanding Capacitors and their Uses; 1st Ed; William Mullin; Sams Publishing; 96 pages; 1964. (archive)
• Fixed and Variable Capacitors; 1st Ed; G.W.A. Dummer and Harold Nordenberg; Maple Press; 288 pages; 1960. (archive)
• The Electrolytic Capacitor; 1st Ed; Alexander Georgiev; Murray Hill Books; 191 pages; 1945. (archive)

Spoljašnje veze

• Farad unit conversion tool
• How Capacitors Work – Howstuffworks
• Capacitor Tutorial