Фарад

Фарад
Файл:Ф, F
Величина	электрическая ёмкость
Система	СИ
Тип	производная

Фара́д (русское обозначение: Ф; международное обозначение: F; прежнее название — фара́да) — единица электрической ёмкости в Международной системе единиц (СИ), названная 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.

Через основные единицы СИ фарад выражается следующим образом:

Ф = А²·с⁴·кг⁻¹·м⁻².

В соответствии с правилами СИ о написании единиц измерения, названных в честь учёных, наименование единицы «фарад» пишется со строчной буквы, а её обозначение — с заглавной (Ф). Такое написание обозначения сохраняется и в обозначениях производных единиц, образованных умножением или делением фарада на другую единицу. Например, обозначение единицы измерения абсолютной диэлектрической проницаемости фарад на метр записывается как Ф/м.

В Международную систему единиц фарад введён решением XI Генеральной конференции по мерам и весам в 1960 году, одновременно с принятием Международной системы в целом.

Фарад — очень большая ёмкость для уединённого проводника: ёмкостью 1 Ф обладал бы уединённый металлический шар, радиус которого равен 13 радиусам Солнца; ёмкость же шара размером с Землю, используемого как уединённый проводник, составляла бы около 710 мкФ (микрофарад).

Ионистор со взаимной ёмкостью в 1 фарад.

Область применения

В фарадах выражают электрическую ёмкость проводников, то есть их способность накапливать электрический заряд. Например, в фарадах (и производных единицах) выражают: ёмкость кабелей, конденсаторов, межэлектродные ёмкости различных приборов. Промышленные конденсаторы имеют номиналы, выражаемые в микро-, нано- и пикофарадах, и выпускаются ёмкостью до 100 Ф; в звуковой аппаратуре используются гибридные конденсаторы ёмкостью до 40 Ф. Ёмкость т. н. ионисторов (суперконденсаторов с двойным электрическим слоем) может достигать многих килофарад.

Не следует путать электрическую ёмкость и электрохимическую ёмкость батареек и аккумуляторов, которая имеет другую природу и выражается в других единицах — ампер-часах (А·ч), соразмерных электрическому заряду (1 А·ч равен 3600 кулонов).

Эквивалентное представление

Фарад может быть выражен через основные единицы системы СИ как с⁴⋅А²⋅м⁻²⋅кг⁻¹. Таким образом, его значение равно:

[math]\displaystyle{ \text{F} = \frac{\text{C}}{\text{V}} = \frac{\text{A} \cdot \text{s}}{\text{V}} = \frac{\text{J}}{\text{V}^2} = \frac{\text{N} \cdot \text{m}}{\text{V}^2} = \frac{\text{W} \cdot \text{s}}{\text{V}^2} = \frac{\text{C}^2}{\text{J}} = \frac{\text{C}^2}{\text{N} \cdot \text{m}} = \frac{\text{C}^2 \cdot \text{s}^2}{\text{kg} \cdot \text{m}^2} = \frac{\text{A}^2 \cdot \text{s}^4}{\text{kg} \cdot \text{m}^2} = \frac{\text{s}}{\Omega} = \frac{1}{\text{Hz} \cdot \Omega} = \frac{\text{s}^2}{\text{H}}, }[/math]

где F — фарад, C — кулон, V — вольт, A — ампер, s — секунда, J — джоуль, N — ньютон, m — метр, W — ватт, kg — килограмм, Ω — ом, Hz — герц, H — генри.

Кратные и дольные единицы

Образуются 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	иоттафарад	ИФ	YF	10−24 Ф	иоктофарад	иФ	yF
1027 Ф	роннафарад	РФ	RF	10−27 Ф	ронтофарад	рФ	rF
1030 Ф	кветтафарад	КвФ	QF	10−30 Ф	квектофарад	квФ	qF
рекомендовано к применению      применять не рекомендуется      не применяются или редко применяются на практике

• Дольную единицу пикофарад до 1967 года называли микромикрофарада (русское обозначение: мкмкф; международное: µµF).
• На схемах электрических цепей и (часто) в маркировке ранних конденсаторов советского производства целое число (например, «47») означало ёмкость в пикофарадах, а десятичная дробь (например, «10,0» или «0,1») — в микрофарадах; никакие буквенные обозначения единиц измерения ёмкости на схемах не применялись… Позже и до сегодняшних дней: любое число без указания единицы измерения — ёмкость в пикофарадах; с буквой н — в нанофарадах; а с буквами мк — в микрофарадах. Использование других единиц ёмкости на схемах не стандартизовано (как и обозначение номинала на конденсаторах). На малогабаритных конденсаторах используют различного рода сокращения: например, после двух значащих цифр ёмкости в пикофарадах указывают число следующих за ними нулей (таким образом, конденсатор с обозначением «270» имеет номинальную ёмкость 27 пикофарад, а «271» — 270 пикофарад).
• 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 клавиатуры греческих букв.

Связь с единицами измерения в других системах

• Сантиметр (другое название «статфарад», статФ) — единица электрической ёмкости в СГСЭ и в 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).

Литература

• Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М. : Большая российская энциклопедия, 2004—2017.