miniatura|Exemple de diversos tipus de condensador 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. Va rebre el seu nom en honor del físic britànic Michael Faraday, el símbol F s'ha d'escriure en majúscula, però, en canvi, el nom de la unitat ha d'anar en minúscules farad.
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).
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.
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 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. 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.
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 , , , , , , , , Hz = Hertz, , , , .
En unitats bàsiques del SI, el farad s'expressa de la manera següent: Ф = А2·s4·kg−1·m−2.
Explicació 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. 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 (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).
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 . 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 El picofarad (pF) a vegades es pronuncia col·loquialment com "puff" o "pic", com en "un condensador de deu pufs". 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).
"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: (no es mostren les variacions de majúscules i minúscules) μF (microfarad) = mf, mfd pF (picofarad) = mmf, mmfd, pfd, μμF Conceptes relacionats 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.
Múltiples 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).MF - MMFD Conversion Chart (en anglès)
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 miniatura|Retrat de Michael Faraday (1791-1867). Oli de Thomas Phillips (1770-1845).
El terme "farad" va ser encunyat originalment per Latimer ClarkJosiah Latimer Clark (1822-1898), va ser un enginyer elèctric anglès, nascut a Great Marlow, Buckinghamshire,() inventor de la cel·la de Clark. i Charles Bright a 1861,. 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," Report of the Thirty-first Meeting of the British Association for the Advancement of Science (Manchester, England: September 1861), section: Mathematics and Physics, p. 37-38. Latimer Clark and Sir Charles Bright (November 9, 1861) "Measurement of electrical quantities and resistance," The Electrician, 1 (1): 3–4. 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.Sir W. Thomson, etc. (1873) "First report of the Committee for the Selection and Nomenclature of Dynamical and Electrical Units," Report of the 43rd Meeting of the British Association for the Advancement of Science (Bradford, Setembre 1873), p. 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." En 1881, en el Electrical Congress de París, es va utilitzar oficialment el nom de farad per a la unitat de capacitat elèctrica.(Anon.) (Setembre 24, 1881) "The Electrical Congress," 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."
Notes
Referències
Bibliografia
Enllaços externs 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).
Categoria:Unitats derivades del SI Categoria:Unitats electromagnètiques