فراد

📅 آخر تحديث: ٢٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

الفاراد (رمزه: F ) هو وحدة قياس السعة الكهربائية، وهي قدرة الجسم على تخزين الشحنة الكهربائية ، في النظام الدولي للوحدات (SI) ، ويعادل 1 كولوم لكل فولت (C/V). [ 1 ] سُميت نسبةً إلى الفيزيائي الإنجليزي مايكل فاراداي ( 1791-1867 ). في وحدات النظام الدولي الأساسية ، 1 فاراد = 1 كجم⁻¹ م⁻² ث⁴ أمبير² .  

تعريف

تبلغ سعة المكثف واحدًا فارادًا واحدًا عندما يُغير شحن مقداره كولوم واحد فرق الجهد بين لوحيه بمقدار فولت واحد . [ 1 ] [ 2 ] وبالمثل، يمكن وصف الفاراد الواحد بأنه السعة التي تخزن شحنة مقدارها كولوم واحد عبر فرق جهد مقداره فولت واحد. [ 3 ]

العلاقة بين السعة والشحنة وفرق الجهد علاقة خطية. على سبيل المثال، إذا انخفض فرق الجهد عبر مكثف إلى النصف، فإن كمية الشحنة المخزنة في ذلك المكثف ستنخفض أيضاً إلى النصف.

في معظم التطبيقات، تُعتبر الفاراد وحدة قياس سعة كبيرة وغير عملية. وتُغطى معظم التطبيقات الكهربائية والإلكترونية بالبادئات التالية في النظام الدولي للوحدات :

  • 1 مللي فاراد (ملي فاراد  ، جزء من الألف ( 10 −3 ) من الفاراد) = 0.001  F = 1000 μF  = 1000000000 pF 
  • 1  ميكروفاراد (ميكروفاراد، جزء من مليون ( 10⁻⁶ ) من الفاراد) = 0.000001  فاراد  = 1000 نانوفاراد  = 1000000 بيكوفاراد 
  • 1  نانو فاراد (نانوفاراد، جزء من المليار ( 10 −9 ) من الفاراد) = 0.000000001  F = 0.001  μF = 1000 pF   
  • 1  بيكوفاراد (جزء من تريليون من الفاراد ( 10⁻¹² )) = 0.000000000001 فاراد = 0.001 نانوفاراد     

المساواة

الفاراد هو وحدة مشتقة تعتمد على أربعة من الوحدات الأساسية السبع للنظام الدولي للوحدات : الكيلوغرام (كغ)، والمتر (م)، والثانية (ث)، والأمبير (أ).

يُعبّر عن الفاراد بمجموعات من وحدات النظام الدولي للوحدات (SI) كما يلي: F=s4⋅أ2م2⋅كيلوغرام=s2⋅ج2م2⋅كيلوغرام=جV=أ⋅sV=دبليو⋅sV2=جV2=شمال⋅مV2=ج2ج=ج2شمال⋅م=sΩ=1Ω⋅هرتز=Sهرتز=s2ح،{\displaystyle {\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 JV² = N·mV² = C²J = C²N·m = s/Ω = 1/Ω·Hz = S/Hz = s²H

حيث F = فاراد ، s = ثانية ، C = كولوم ، V = فولت ، W = واط ، J = جول ، N = نيوتن ، Ω = أوم ، Hz = هرتز ، S = سيمنز ، H = هنري ، A = أمبير . [ 4 ]

تاريخ

صاغ لاتيمر كلارك وتشارلز برايت مصطلح "فاراد" لأول مرة عام 1861، [ 5 ] تكريمًا لمايكل فاراداي ، كوحدة لقياس كمية الشحنة الكهربائية، وبحلول عام 1873، أصبح الفاراد وحدة لقياس السعة الكهربائية. [ 6 ] وفي عام 1881، في المؤتمر الدولي للكهربائيين في باريس، استُخدم اسم الفاراد رسميًا كوحدة لقياس السعة الكهربائية. [ 7 ] [ 8 ]

توضيح

أمثلة على أنواع مختلفة من المكثفات

يتكون المكثف عمومًا من سطحين موصلين، يُشار إليهما عادةً بالصفائح، يفصل بينهما طبقة عازلة تُعرف عادةً بالمادة العازلة . كان المكثف الأصلي هو قارورة ليدن التي طُوّرت في القرن الثامن عشر. وتنتج السعة الكهربائية عن تراكم الشحنة الكهربائية على الصفائح . تُصنع المكثفات الحديثة باستخدام مجموعة متنوعة من تقنيات التصنيع والمواد لتوفير نطاق واسع للغاية من قيم السعة المستخدمة في التطبيقات الإلكترونية ، بدءًا من الفيمتو فاراد وصولًا إلى الفاراد، مع تصنيفات جهد قصوى تتراوح من بضعة فولتات إلى عدة كيلو فولتات.

تُحدد قيم المكثفات عادةً باستخدام بادئات النظام الدولي للوحدات (SI) مثل الفاراد (F)، والميكروفاراد ( μF )، والنانوفاراد ( nF )، والبيكوفاراد ( pF ). [ 9 ] نادرًا ما يُستخدم الميلي فاراد ( mF ) عمليًا؛ فعلى سبيل المثال، تُكتب سعة 4.7 ميلي فاراد (0.0047 فاراد) على النحو التالي: 4700 ميكروفاراد . يُستخدم النانوفاراد (nF) بشكل أكثر شيوعًا في أوروبا منه في الولايات المتحدة. [ 10 ] يتراوح حجم المكثفات المتوفرة تجاريًا من حوالي 0.1 بيكوفاراد إلى 5000 فاراد (5 كيلو فاراد) للمكثفات الفائقة . يمكن قياس السعة الطفيلية في الدوائر المتكاملة عالية الأداء بوحدة الفيمتو فاراد (1 فيمتو فاراد = 0.001 بيكوفاراد = 10⁻¹²) .      (−15  فهرنهايت)، بينما يمكن لأجهزة الاختبار عالية الأداء اكتشاف التغيرات في السعة الكهربائية التي تصل إلى عشرات الأتوفاراد (1 أتوفاراد = 10−18 فهرنهايت  ). [ 11 ]

تُعدّ قيمة 0.1  بيكوفاراد أصغر قيمة متوفرة للمكثفات للاستخدام العام في التصميم الإلكتروني، إذ أن القيم الأصغر منها ستتأثر بشكل كبير بالسعات الطفيلية للمكونات الأخرى أو الأسلاك أو لوحات الدوائر المطبوعة . ويمكن الحصول على قيم سعة تبلغ 1  بيكوفاراد أو أقل عن طريق لفّ سلكين قصيرين معزولين معًا. [ 12 ] [ 13 ]

تم حساب سعة الغلاف الأيوني للأرض بالنسبة للأرض لتكون حوالي 1  فاراد. [ 14 ]

المصطلحات غير الرسمية والمهملة

يُنطق مصطلح البيكوفاراد (pF) أحيانًا بشكل عامي بـ "باف" أو "بيك"، كما في "مكثف ذو عشرة باف". [ 15 ] وبالمثل، يُستخدم مصطلح "ميك" (يُنطق "مايك") أحيانًا بشكل غير رسمي للدلالة على الميكروفاراد.

كانت ولا تزال تُستخدم اختصارات غير قياسية بكثرة. فقد تم اختصار الفاراد إلى "f" و"fd" و"Fd". أما بالنسبة للبادئة "micro-"، فعندما لا يتوفر الحرف اليوناني الصغير "μ" أو رمز الميكرو القديم "μ" (كما هو الحال في الآلات الكاتبة) أو يصعب إدخاله، فغالبًا ما يتم استبداله بالحرف "u" أو "U" المشابه له في الشكل، مع تقليل احتمالية حدوث لبس. كما تم استبداله أيضًا بالحرف "M" أو "m" المشابه له في النطق ، وهو ما قد يُسبب التباسًا لأن M تعني رسميًا 1,000,000، بينما يُفضل أن تعني m جزءًا من 1/1000. في النصوص التي سبقت عام 1960، وعلى عبوات المكثفات حتى وقت قريب، كان يتم اختصار "microfarad(s)" إلى "mf" أو "MFD" بدلًا من الاختصار الحديث "μF". أدرج كتالوج راديو شاك لعام 1940 تصنيف كل مكثف بوحدة "ميكروفاراد"، من 0.000005 ميكروفاراد (5 بيكوفاراد) إلى 50 ميكروفاراد (50 ميكروفاراد). [ 16 ]

وحدة "ميكروميكروفاراد" أو "ميكرو-ميكروفاراد" هي وحدة قياس قديمة موجودة في بعض النصوص والملصقات القديمة، وتحتوي على بادئة مزدوجة غير قياسية في النظام المتري . وهي تعادل تمامًا وحدة البيكوفاراد (pF). ويُختصر اسمها إلى μμF أو uuF أو (بشكل مُربك) إلى mmf أو MMF أو MMFD.

ملخص وحدات أو اختصارات السعة القديمة أو المهملة: (لا يتم عرض اختلافات الأحرف الكبيرة/الصغيرة)

  • μF (ميكروفاراد) = mf، mfd، uf
  • بيكو فاراد (pF) = mmf, mmfd, pfd, ميكرو ميكرو فاراد

U+3332 ㌲ SQUARE HUARADDO هو نسخة مربعة منファラッド( faraddo ، وهي الكلمة اليابانية التي تعني "فاراد")، مُخصصة للنصوص اليابانية العمودية . وهي مُضمنة في يونيكود للتوافق مع مجموعات الأحرف السابقة .

يُطلق على مقلوب السعة اسم المرونة الكهربائية ، ووحدتها (غير القياسية، وغير التابعة للنظام الدولي للوحدات) هي الدارف . [ 17 ]

وحدات CGS

وحدة abfarad (المختصرة abF) هي وحدة قياس سعة كهربائية قديمة من نظام CGS ، وتساوي 109 فاراد (1 جيجا فاراد، GF). [ 18 ]

وحدة ستات فاراد (يُختصر إلى statF) هي وحدة قياس نادرة الاستخدام في نظام الوحدات السنتيمترية-الغرامية-الثانية ( CGS)، وهي تُعادل سعة مكثف مشحون بشحنة مقدارها 1 ستات كولوم عبر فرق جهد مقداره 1 ستات فولت . وتساوي 1/(10⁻⁵ c² ) فاراد ، أي ما يُقارب 1.1126 بيكوفاراد. أما وحدة السنتيمتر (سم) فهي الأكثر شيوعًا، وتُعادل وحدة ستات فاراد.  

ملحوظات

  1. 1 2 النظام الدولي للوحدات (SI) (الطبعة الثامنة  ). المكتب الدولي للأوزان والمقاييس (اللجنة الدولية للأوزان والمقاييس). 2006. ص  144.
  2. ↑ "الفراد | التعريف والرمز والحقائق | بريتانيكا" . www.britannica.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 يوليو 2022 .
  3. ↑ بيتر إم بي ووكر، محرر. (1995). قاموس العلوم والتكنولوجيا . لاروس. ISBN 0752300105.
  4. ^ النظام الدولي للوحدات (SI) ( الطبعة التاسعة). المكتب الدولي للأوزان والمقاييس. 2019. ص. 138.  
  5. ↑ اقترح برايت وكلارك، كأسماء لوحدات الكميات الكهربائية المختلفة، استخدام "أوما" للجهد، و"فاراد" للشحنة، و"جالفات" للتيار، و"فولت" للمقاومة. انظر:
  6. ↑ السير دبليو. طومسون وآخرون (1873) "التقرير الأول للجنة اختيار وتسمية الوحدات الديناميكية والكهربائية"، تقرير الاجتماع الثالث والأربعين للجمعية البريطانية لتقدم العلوم (برادفورد، سبتمبر 1873)، الصفحات 222-225. من الصفحة 223: "الأوم، كما هو ممثل بالملف القياسي الأصلي، يساوي تقريبًا 10⁹ وحدة من وحدات نظام سنتيمتر-غرام-ثانية للمقاومة؛ والفولت يساوي تقريبًا 10⁸ وحدة من وحدات نظام سنتيمتر-غرام-ثانية للقوة الدافعة الكهربائية؛ والفاراد يساوي تقريبًا 1/ 10⁹ من وحدة نظام سنتيمتر-غرام-ثانية للسعة."
  7. ↑ (مجهول) (24 سبتمبر 1881) "المؤتمر الكهربائي"، الكهربائي ، 7 : 297. من الصفحة 297: "7. سيُطلق اسم الفاراد على السعة المحددة بشرط أن الكولوم في الفاراد يعطي فولتًا."
  8. ↑ تونبريدج، بول (1992). اللورد كلفن: تأثيره على القياسات والوحدات الكهربائية . لندن: بيرغرينوس. الصفحات 26، 39-40 . ISBN  9780863412370تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 مايو 2015 .
  9. ↑ براغا، نيوتن سي. (2002). الروبوتات، والميكاترونيات، والذكاء الاصطناعي . نيونس. ص 21. ISBN  0-7506-7389-3تم الاطلاع عليه بتاريخ 17-09-2008 . وحدات القياس الشائعة هي الميكروفاراد (μF)، الذي يمثل 0.000,001 F؛ والنانوفاراد (nF)، الذي يمثل 0.000,000,001 F؛ والبيكوفاراد (pF)، الذي يمثل 0.000,000,000,001 F.
  10. ↑ بلات، تشارلز (2009). اصنع: الإلكترونيات: التعلم من خلال الاكتشاف . دار نشر أورايلي. ص 61. ISBN  9781449388799تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-07-2014 . كما تُستخدم وحدات النانوفاراد، وبشكل أكثر شيوعاً في أوروبا مقارنة بالولايات المتحدة.
  11. ↑ غريغوريان، روبيك (1976). الدوائر المتكاملة التناظرية MOS لمعالجة الإشارات . جون وايلي وأولاده. ص 78. 
  12. ↑ بيس، بوب (2 سبتمبر 1993). "ما كل هذه الأشياء المتعلقة بالفيمتو أمبير؟" . التصميم الإلكتروني . تم الاسترجاع في 9 مارس 2013 .
  13. ↑ بيس، بوب (1 ديسمبر 2006). "ما كل هذه الأشياء الرائعة، على أي حال؟" . التصميم الإلكتروني . تم الاسترجاع في 9 مارس 2013 .
  14. ↑ ويليامز، إل إل (يناير 1999). "الخصائص الكهربائية للغلاف الجوي في الطقس المعتدل وإمكانية حدوث تفريغ كهربائي ملحوظ على الأجسام المتحركة" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 21 ديسمبر 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 أغسطس 2012 .
  15. ↑ "نفخة" . بحث وولفرام . تم الاسترجاع في 9 يونيو 2009 .
  16. ↑ "كتالوج راديو شاك لعام 1940 - الصفحة 54 - المكثفات" . radioshackcatalogs.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 11 يوليو 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 يوليو 2017 .
  17. ↑ "دارف" . قاموس ويبستر الإلكتروني. مؤرشف من الأصل بتاريخ 4 أكتوبر 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 يونيو 2009 .
  18. ↑ غراف، رودولف ف. (1999). قاموس الإلكترونيات الحديث . نيونس. ص 1. ISBN  9780080511986تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 أبريل 2016 .