فاراد واحد اندازهگیری ظرفیت الکتریکی در دستگاه SI است.
در این سرنخ، واژهٔ «ظرفیت» به معنای گنجایش معمولی یک ظرف نیست؛ منظور یک کمیت فیزیکی است که نشان میدهد یک رسانا یا خازن در برابر مقدار معینی ولتاژ چه اندازه بار الکتریکی نگه میدارد. نام این کمیت «ظرفیت الکتریکی» و یکای آن «فاراد» است. به همین دلیل، صورت کوتاه و متداول سرنخ دقیقاً به یک پاسخ پنجحرفی میرسد: ف، ا، ر، ا، د.
چرا «فاراد» دقیقاً با سرنخ جور است؟
سرنخهای جدولی اغلب نام یک کمیت را میآورند و از حلکننده انتظار دارند واحد آن را بنویسد؛ مانند واحد مقاومت یا واحد نیرو. در عبارت حاضر نیز «ظرفیت الکتریکی» کمیت است و «فاراد» واحد استاندارد آن. اگر خانههای پاسخ پنج عدد باشند، این تطابق حتی روشنتر میشود. املای معیار واژه «فاراد» است و نباید آن را با «فارادی» جایگزین کرد؛ «فارادی» بیشتر صفتی منسوب به فاراد یا فارادی است، نه نام رسمی یکا.
نام انگلیسی این واحد farad و نمادش F است. نامگذاری آن یادآور مایکل فارادی، دانشمند اثرگذار در مطالعه الکتریسیته و مغناطیس، است. با این حال در پاسخ جدول، نام خانوادگی دانشمند یعنی «فارادی» خواسته نشده؛ صورت واحد اندازهگیری بدون «ی» پایانی نوشته میشود.
معنای فیزیکی ظرفیت، بینیاز از پیچیدگی
فرض کنید دو خازن را تا ولتاژ یکسانی شارژ کنیم. خازنی که بار بیشتری روی صفحههای خود نگه میدارد، ظرفیت بیشتری دارد. بنابراین ظرفیت فقط مترادف «بار ذخیرهشده» نیست؛ نسبت بار به اختلاف پتانسیل است. این نسبت با رابطهٔ زیر بیان میشود:
تعریف ملموس یک فاراد چنین است: اگر با ایجاد اختلاف پتانسیل یک ولت، یک کولن بار ذخیره شود، ظرفیت برابر یک فاراد خواهد بود. این تعریف نشان میدهد چرا «کولن» و «ولت» با وجود ارتباط مستقیمشان پاسخ سرنخ نیستند؛ کولن یکای بار و ولت یکای اختلاف پتانسیل است، اما پرسش واحد ظرفیت را هدف گرفته است.
چرا روی بیشتر خازنها عددی با پیشوند میبینیم؟
یک فاراد برای بسیاری از مدارهای عادی مقدار بزرگی است. سازندگان معمولاً ظرفیت خازنهای الکترونیکی را با بخشهای کوچکتری از فاراد درج میکنند. دیدن این نامها نباید اصل پاسخ را تغییر دهد، زیرا همگی مضرب یا زیرمضرب همان یکای فاراد هستند:
برای نمونه، ظرفیت برخی خازنهای تغذیه با میکروفاراد نوشته میشود، در حالی که خازنهای کوچک مدارهای فرکانسی ممکن است بر حسب نانوفاراد یا پیکوفاراد باشند. تفاوت این برچسبها در مقیاس عددی است، نه در ماهیت کمیت. همانطور که میلیمتر هنوز زیرمجموعهای از متر است، میکروفاراد نیز بر پایه فاراد تعریف میشود.
مرز میان پاسخ اصلی و واژههای نزدیک
فاراد؛ پاسخ قطعی این صورت
وقتی سرنخ خودِ «ظرفیت الکتریکی» یا «واحد ظرفیت خازن» باشد، فاراد دقیقترین پاسخ است. این واژه نام یکا است و با پاسخ ذخیرهشده و شمار رایج پنج خانه نیز سازگاری دارد.
خازن؛ فقط برای سرنخی دیگر
خازن نام قطعهای است که در مدار ظرفیت دارد، نه واحد اندازهگیری ظرفیت. اگر صورت سؤال «ذخیرهکننده بار الکتریکی» یا «قطعه دو صفحهای مدار» باشد، پاسخ چهارحرفی «خازن» مناسب میشود.
«کاپاسیتانس» نیز آوانویسی واژه انگلیسی capacitance و نام خود کمیت است. این واژه طولانی برای سرنخهای تخصصی یا خانههای بیشتر ممکن است مطرح شود، ولی جای واحد «فاراد» را نمیگیرد. «فارادی» هم میتواند در عباراتی مانند قانونهای فارادی یا صفت وابسته به دانشمند دیده شود؛ افزودن حرف «ی» آن را از پاسخ استاندارد این سرنخ دور میکند.
فاراد در زبان مدار چه چیزی به ما میگوید؟
عدد ظرفیت روی یک خازن اطلاعاتی درباره توانایی آن برای نگهداری بار در ولتاژ معین میدهد. ظرفیت با حداکثر ولتاژ مجاز قطعه یکی نیست: ممکن است دو خازن هر دو ۱۰ میکروفاراد باشند، اما برای ولتاژهای کاری متفاوت ساخته شده باشند. همچنین ظرفیت را نباید مستقیماً معادل انرژی دانست. انرژی ذخیرهشده علاوه بر ظرفیت به ولتاژ نیز وابسته است؛ پس فاراد واحد انرژی نیست و «ژول» را نباید به جای آن نوشت.
در خازن سادهٔ صفحهای، بزرگتر شدن سطح صفحهها معمولاً ظرفیت را افزایش میدهد و بیشتر شدن فاصله میان آنها ظرفیت را کاهش میدهد. نوع مادهٔ عایق میان صفحهها نیز اثر دارد. این نکتهها روشن میکنند که ظرفیت یک ویژگی قابل سنجش از ساختار الکتریکی قطعه است و فاراد مقیاسی مشترک برای بیان آن فراهم میآورد.
کاربردهایی که مفهوم پاسخ را روشن میکنند
- صافکردن ولتاژ در منبع تغذیه: خازن در فاصله افتوخیزها بار میگیرد و پس میدهد؛ مقدار ظرفیت آن با فاراد و زیرمضربهایش مشخص میشود.
- زمانبندی مدار: همراهی خازن و مقاومت میتواند آهنگ شارژ و دشارژ را تعیین کند. عدد نوشتهشده بر خازن در محاسبه زمان اثر مستقیم دارد.
- جداسازی یا عبور سیگنال: انتخاب ظرفیت مناسب تعیین میکند کدام تغییرات سیگنال بهتر عبور کنند. در این کاربردها معمولاً نانوفاراد و پیکوفاراد دیده میشود.
- ذخیره کوتاهمدت انرژی: فلاش دوربین و برخی مدارهای ضربهای نمونههایی هستند که خازن را شارژ و سپس انرژی آن را سریع آزاد میکنند.
این مثالها نشان میدهند «فاراد» نام قطعه یا فرآیند نیست، بلکه زبان مشترک برای مقایسه ظرفیت خازنهاست. هر جا عددی مانند ۱۰۰ µF یا ۲۲ nF میبینیم، حرف F در پایان همان نماد فاراد است.
جمعبندی دقیق برای پر کردن خانهها
برای عبارت «ظرفیت الکتریکی»، پاسخ را از راست به چپ به صورت «فاراد» وارد کنید. پنج حرف آن بدون فاصله نوشته میشود. اگر تقاطعها «ف» در آغاز و «د» در پایان را تأیید کنند، هیچ ابهام اصطلاحی باقی نمیماند. گزینههایی مثل خازن، کولن، ولت یا ژول هر یک به موضوع برق مربوطاند، اما به ترتیب نام قطعه، واحد بار، واحد اختلاف پتانسیل و واحد انرژیاند؛ هیچکدام واحد ظرفیت الکتریکی نیستند.
نظرات
هنوز نظری ثبت نشده است
اولین نفری باشید که نظر میدهد!