Почему единица измерения емкости такая большая?

36

Большинство конденсаторов находятся в диапазоне мкФ, нФ и пФ. Я знаю, что есть некоторые особые, которые поднимаются так высоко, но в то время, когда был Фарадей, и подразделение было названо в его честь, у них не было такой вещи. Почему единица такая большая, если мы редко используем колпачки с таким высоким значением?

Скайлер
источник
11
Для физиков элементарных частиц метр и секунда - огромные единицы. Это все зависит от контекста. Для инженеров-электронщиков, МА и UA являются общими. Для инженеров-электриков, КА и МА являются общими.
Альфред Центавра
2
Подразделение, о котором вы говорите, не было определено так, как мы знаем в настоящее время, до смерти Фаради более десяти лет. ( Источник ) Единицы, названные в честь людей, обычно назначаются посмертно.
Уоррен Янг
4
Он был гигантом в свое время. Мы можем только надеяться на то, что сегодня у вас есть ценность uF ;-) Как и fE (femto einsteins).
user6972
1
... И вам нужен блок для этих больших конденсаторов. Если я прав, они пытаются использовать «суперконденсаторы» в электромобилях.
анонимный пингвин

Ответы:

13

Как уже упоминалось, 1 фарад - 1 кулон на 1 вольт. Но кроличья нора идет глубже - возникает вопрос, почему 1 кулон, что это такое, и почему 1 вольт, что это такое?

Следование по этой кроличьей норе ко дну в конечном итоге приведет нас к 7 базовым единицам СИ, которые являются единицами измерения для 7 физических атрибутов нашего мира: расстояния, массы, времени, электрического тока, термодинамической температуры, количества вещества и сила света. Они как аксиомы в математике. Отсюда другие единицы определены в терминах этих. Так вольт = (килограмм метр метр) / (ампер секунда секунда секунда). Между тем кулон = ампер * второй. Вы заметите, что 1 производной единицы выражается в единицах базовых единиц.

В конечном счете, 1 фарад настолько велик, потому что базовые блоки настолько велики, по крайней мере, по сравнению с размерами электронных компонентов в наши дни, когда мы устанавливаем миллиарды транзисторов на несколько квадратных миллиметров.

thinkski
источник
38

Потому что он вписывается во все остальные (СИ) единицы, которые у нас есть. 1 фарад - 1 кулон на вольт. Так уж получилось, что 1 кулон - это ... много заряда.

Ignacio Vazquez-Abrams
источник
3
Let's put it another way; it allows the formula f=12πRC to work with any mysterious conversion factors.
Kaz
4
It'd be nice to hear why the other SI units (i.e. coloumb) are so big then. Is it the definition of ampere, charge or voltage?
Macke
2
@Macke 1 coulomb is 1 ampere × 1 second.
Random832
3
@Macke: A second is a nice unit for a human-perceivable timescale, but it's huge relative to the amount of time a typical capacitor can supply what would have been a reasonably-measurable amount of current.
supercat
20

Because 1 Ampere is a unit so large compared to the amount of current we normally use. Because 1 second is a unit so large compared to the audio and rf frequencies we normally use.

If you normally use currents much smaller than 1A, for periods much shorter than 1sec, and don't have a lot of money to waste or a lot of space to waste, you can use capacitors much smaller than 1F.

On the other hand, if you wanted to do electrical power, instead of radio electronics, 1F isn't very big. Here is a recent press release on a 400F capacitor. http://www.engineering.com/ElectronicsDesign/ElectronicsDesignArticles/ArticleID/5290/Is-it-a-battery-No-its-a-Supercap.aspx -- and note that the special feature is that it is no larger than a deck of cards.

david
источник
2
400F with the size of a deck of cards is by no means a large capacitance in a small package. There are capacitors in the kiloFarad range and above, which are much smaller. They, however, operate on very small voltages.
vsz
@vsc Energy stored is proportional to voltage squared, so that is no surprise.
starblue
1kWh, 300kW, 477kg, 1900x950x455: bombardier.com/en/transportation/sustainability/technology/…
starblue
3

The SI units for electricity fit in with the SI units for everything else. The relationship becomes clear if you look at the definition of a joule:

J=Nm=Ws

Notice that it has both mechanical units you'd naturally consider mechanical (newtons, meters) and electrical units (watts). We can break it down into more basic units:

J=kgm2s2

Or we can expand watts to more basic, but still electrical units:

J=VAs

And now you have volts and amps, by which the farad can be defined:

F=AsV

If you analyze this carefully, you will notice that a joule is a watt-second, and a watt is some ratio of current and voltage, but that ratio is undefined. This is why the ampere is an SI base unit, defined as

The ampere is that constant current which, if maintained in two straight parallel conductors of infinite length, of negligible circular cross-section, and placed 1 metre apart in vacuum, would produce between these conductors a force equal to 2 × 10−7 newton per metre of length.

So if you want to blame something for the farad being so large, blame the ampere. Or, blame the other SI base units referenced by its definition, the second, meter, or kilogram (indirectly, by the newton).

Phil Frost
источник
1

It has nothing to do with Faraday. It is a definition.

From Wikipedia:

F=A×sV

Manipulated Algebraicly:

A=F×Vs

And in terms of ic(t)=Cdvdt.

Expressed Algebraicly:

I=CΔVΔt

Matt Young
источник