Faradio

Se denomina faradio (en el original, farad; símbolo: F) a la unidad de capacidad eléctrica del Sistema Internacional de Unidades (SI). Recibe el nombre en honor a Michael Faraday.

Un faradio es la capacidad de un condensador entre cuyas placas existe una diferencia de potencial eléctrico de 1 voltio (1 V) cuando está cargado de una cantidad de electricidad igual a un culombio (1 C).

En electrotecnia mide más específicamente la capacidad de un condensador o un sistema de conductores, es decir, la carga que puede almacenar cuando se le aplica una tensión.

$\text{F}=\frac{A\cdot s}{V}=\frac{\text{C}}{\text{V}}=\frac{{\text{C}}^2}{\text{J}}=\frac{{\text{C}}^2}{\text{N}\cdot \text{m}}=\frac{{\text{s}}^2\cdot {\text{C}}^2}{{\text{m}}^2\cdot \text{kg}}=\frac{{\text{s}}^4\cdot {\text{A}}^2}{{\text{m}}^2\cdot \text{kg}}=\frac{\text{s}}{\mathrm{\Omega }}$

En donde:

• F = Faradio
• A = Amperio
• V = Voltio
• C = Culombio
• J = Julio
• m = metro
• N = Newton
• s = Segundo
• W = Vatio
• kg = Kilogramo
• Ω = Ohmio
• H = Henrio

No debe confundirse con el faraday (unidad), que es una unidad de carga eléctrica equivalente a la constante de Faraday, y que se define como la cantidad de carga eléctrica en un mol de electrones y que es utilizada en los sistemas electroquímicos para calcular la masa de los elementos que se formarán en un electrodo.

Definición

Un faradio se define como la capacitancia a través de la cual, cuando la cargada con un culombio, hay una diferencia de potencial de un voltio. Igualmente, un faradio puede describirse como la capacidad que almacena una carga de un culombio a través de una diferencia de potencial de un voltio.

La relación entre capacitancia, carga y diferencia de potencial es lineal. Por ejemplo, si la diferencia de potencial a través de un condensador se reduce a la mitad, la cantidad de carga almacenada por ese condensador también se reducirá a la mitad.

Para la mayoría de las aplicaciones, el faradio es una unidad de capacidad poco práctica. La mayoría de las aplicaciones eléctricas y electrónicas están cubiertas por los siguientes prefijos del SI:

• 1 mF (milifaradio, una milésima (10^-3) de un faradio) = 0.001 F = Plantilla:Gaps μF = Plantilla:Gaps nF
• 1 μF (microfaradio, una millonésima (10^-6) de un faradio) = 0.000 001 F = Plantilla:Gaps nF = Plantilla:Gaps pF
• 1 nF (nanofaradio, una milmillonésima (10^-9) de un faradio) = 0.000 000 001 F = 0.001 μF = Plantilla:Gaps pF
• 1 pF (picofaradio, una billonésima (10^-12) de un faradio) = 0.000 000 000 001 F = 0.001 nF

Igualdades

Un faradio es una unidad derivada basada en cuatro de las siete unidades base del Sistema Internacional de Unidades: kilogramo (kg), metro (m), segundo (s), y amperio (A).

Expresado en combinaciones de unidades del SI, el faradio es:

$\text{F}=\frac{{\text{s}}^4\cdot {\text{A}}^2}{{\text{m}}^2\cdot \text{kg}}=\frac{{\text{s}}^2\cdot {\text{C}}^2}{{\text{m}}^2\cdot \text{kg}}=\frac{\text{C}}{\text{V}}=\frac{\text{A}\cdot \text{s}}{\text{V}}=\frac{\text{W}\cdot \text{s}}{{\text{V}}^2}=\frac{\text{J}}{{\text{V}}^2}=\frac{\text{N}\cdot \text{m}}{{\text{V}}^2}=\frac{{\text{C}}^2}{\text{J}}=\frac{{\text{C}}^2}{\text{N}\cdot \text{m}}=\frac{\text{s}}{\mathrm{\Omega }}=\frac{1}{\mathrm{\Omega }\cdot \text{Hz}}=\frac{\text{S}}{\text{Hz}}=\frac{{\text{s}}^2}{\text{H}},$

donde Plantilla:Nowrap, Plantilla:Nowrap, Plantilla:Nowrap, Plantilla:Nowrap, Plantilla:Nowrap, Plantilla:Nowrap, Plantilla:Nowrap, Plantilla:Nowrap, Hz = Hercio, Plantilla:Nowrap, Plantilla:Nowrap, Plantilla:Nowrap, Plantilla:Nowrap.

En unidades básicas del SI, el faradio se expresa de la siguiente manera:

Ф = А²·s⁴·kg⁻¹·m⁻².

Historia

Retrato de Michael Faraday (1791-1867). Óleo de Thomas Phillips (1770-1845).

El término "faradio" fue acuñado originalmente por Latimer Clark y Charles Bright en 1861, en honor de Michael Faraday, para una unidad de carga eléctrica, pero para 1873, el faradio se convirtió en una unidad de capacitancia. En 1881, en el Electrical Congress de París, se utilizó oficialmente el nombre de farad para la unidad de capacidad eléctrica.

Explicación

Ejemplos de diferentes tipos de condensadores.

Distintos tipos de condensadores: electrolíticos, cerámicos, de aire,...

Un condensador suele estar formado por dos superficies conductoras, a menudo denominadas placas, separadas por una capa aislante que suele denominarse dieléctrico. El condensador original fue la jarra de Leyden desarrollada en el Plantilla:Siglo. La acumulación de carga eléctrica en las placas es lo que da lugar a la capacitancia. Los condensadores modernos se construyen utilizando una serie de técnicas de fabricación y materiales para proporcionar la extraordinariamente amplia gama de valores de capacitancia utilizados en aplicaciones electrónicas, desde los femtofaradios hasta los faradios, con valores de tensión máxima que van desde unos pocos voltios hasta varios kilovoltios.

Los valores de los condensadores suelen estar especificados en faradios (F), microfaradios (μF), nanofaradios (nF) y picofaradios (pF). El milifaradio se utiliza raramente en la práctica (una capacidad de 4,7 mF (0,0047 F), por ejemplo, se escribe en su lugar como Plantilla:Gaps), mientras que el nanofaradio es poco común en Norteamérica. El tamaño de los condensadores disponibles en el mercado oscila entre unos 0,1 pF y Plantilla:Gaps (5 kF) supercondensadores. La capacitancia parásita en los circuitos integrados de alto rendimiento puede medirse en femtofaradios (1 fF = 0.001 pF = 10¹⁵ F), mientras que los equipos de prueba de alto rendimiento pueden detectar cambios en la capacitancia del orden de decenas de attofaradios (10¹⁸ aF = 1 F).

Un valor de 0,1 pF es aproximadamente el más pequeño disponible en condensadores para uso general en el diseño electrónico, ya que los más pequeños estarían dominados por la capacitancia parásitas de otros componentes, cableado o placa de circuito impresos. Los valores de capacitancia de 1 pF o inferiores se pueden conseguir retorciendo dos tramos cortos de cable aislado.

Se calcula que la capacitancia de la ionosfera de la Tierra con respecto al suelo es de aproximadamente 1 F.

Terminología informal y obsoleta

El picofaradio (pF) a veces se pronuncia coloquialmente como "puff" o "pic", como en "un condensador de diez pufs". De manera similar, "mic" (pronunciado "mike") se utiliza a veces informalmente para significar microfaradios.

Se han utilizado y se utilizan a menudo abreviaturas no estándar. Los faradios se han abreviado como "f", "fd" y "Fd". Para el prefijo "micro-", cuando la letra griega minúscula "μ" o el signo de micro legado "μ" no está disponible (como en las máquinas de escribir) o es inconveniente introducirlo, a menudo se sustituye por la "u" o "U" de aspecto similar, con poco riesgo de confusión. También se sustituyó por la "M" o "m", de apariencia similar, lo que puede resultar confuso porque la M significa oficialmente 1.000.000, y la m, preferentemente, 1/1000. En los textos anteriores a 1960, y en los paquetes de condensadores hasta hace poco, "microfaradio(s)" se abreviaba "mf" o "MFD" en lugar del moderno "μF". Un catálogo de Radio Shack de 1940 enumeraba el valor nominal de cada condensador en "Mfd.", desde 0,000005 Mfd. (5 pF) hasta 50 Mfd. (50 μF).

"Micromicrofaradio" o "micromicrofaradio" es una unidad obsoleta que se encuentra en algunos textos y etiquetas antiguas, contiene un prefijo doble métrico no estándar. Es exactamente equivalente a un picofaradio (pF). Se abrevia μμF, uuF, o (confusamente) "mmf", "MMF", o "MMFD".

Resumen de las unidades de capacitancia obsoletas: (no se muestran las variaciones de mayúsculas y minúsculas)

• μF (microfaradio) = mf, mfd
• pF (picofaradio) = mmf, mmfd, pfd, μμF

Conceptos relacionados

El recíproco de la capacitancia se denomina elastancia eléctrica, cuya unidad (no estándar, no perteneciente al Sistema Internacional de Unidades) es el daraf.

Múltiplos del Sistema Internacional de Unidades

A continuación una tabla de los múltiplos y submúltiplos del Sistema Internacional de Unidades. Plantilla:Múltiplos del Sistema Internacional Plantilla:SI unidad minúscula

Además en ámbitos técnicos se utiliza la unidad micro-microfaradio escita como MMFD, mmfd, MMF o uuF la cual es equivalente al picofaradio (pF).

Desde hace varios años se encuentran disponibles en el mercado unos componentes electrónicos llamados "supercondensadores" con una gran capacidad que varía entre uno y mil faradios. Estos condensadores tienen un voltaje de funcionamiento bastante bajo, del orden de 2,7 voltios. La conexión de varios de estos "supercondensadores" en serie y en paralelo permite obtener un tipo de batería capaz de almacenar suficiente energía para su uso en el transporte (recuperación de energía de frenado, por ejemplo en vehículos híbridos). Esta puede ser una alternativa a los acumuladores en algunas aplicaciones.

Véase también

• Capacitancia
• Electricidad
• Voltio
• Amperio
• Culombio
• Unidad de medida
• Condensador eléctrico

Bibliografía

• Gran Enciclopedia Rusa  : [en 35 volúmenes] / cap. edición Yu. S. Osipov . - M.  : Gran Enciclopedia Rusa, 2004-2017.

Enlaces externos

• Herramienta de conversión de unidades de faradio
• Tagungsbericht des 1. Congrès international des électriciens, Paris, 1881 (französisch), Zugriff 6. März 2023. Beschluss vom 21. Sept. 1881: Definition der Einheiten Ohm, Volt, Ampere, Coulomb und Farad; Realisierung des Ohm über ein Quecksilbernormal (Seite 246 und 249).
• Farad unit conversion tool