فاراد (Farad - F) برای ظرفیت خازنی (Capacitance) ( $ \text{F} = \text{C}/\text{V} $ )، در فیزیک (Physics)
انواع واحدها (Unit) را در آموزش زیر شرح دادیم :
فاراد (Farad - F) برای ظرفیت خازنی (Capacitance) ( $ \text{F} = \text{C}/\text{V} $ ) :
Farad یکای ظرفیت خازنی در سیستم SI است و به نام دانشمند بریتانیایی، مایکل فارادی، نام گذاری شده است. یک فاراد برابر است با ظرفیت خازنی که با ذخیره یک کولن بار، اختلاف پتانسیل یک ولت بین صفحات آن ایجاد شود:
\[ 1\,\text{F} = 1\,\text{C}/\text{V} \].
خازن وسیله ای است که می تواند بار الکتریکی و در نتیجه انرژی را در خود ذخیره کند. ظرفیت خازن به ابعاد، فاصله صفحات و جنس دی الکتریک بستگی دارد.
یک فاراد واحد بسیار بزرگی است. در عمل، خازن های معمولی ظرفیت هایی در حد میکروفاراد (μF)، نانوفاراد (nF) و پیکوفاراد (pF) دارند.
\[ 1\,\mu\text{F} = 10^{-6}\,\text{F} \],
\[ 1\,\text{nF} = 10^{-9}\,\text{F} \],
\[ 1\,\text{pF} = 10^{-12}\,\text{F} \].
ظرفیت یک خازن تخت با مساحت صفحات A، فاصله d و ثابت دی الکتریک κ به صورت زیر است:
\[ C = \kappa \epsilon_0 \frac{A}{d} \]، که
\[ \epsilon_0 \]تراوایی خلأ است.
\[ C = \frac{Q}{V} \quad \text{(تعریف ظرفیت)} \qquad U = \frac{1}{2}CV^2 \quad \text{(انرژی ذخیره شده)} \]خازن ها در مدارهای الکتریکی برای صاف کردن ولتاژ، فیلتر کردن سیگنال ها، ذخیره انرژی (مثلا در فلاش دوربین) و کوپل کردن مدارها به کار می روند.
انرژی ذخیره شده در یک خازن با ظرفیت C که به ولتاژ V وصل شده، برابر با
\[ U = \frac{1}{2}CV^2 \]است. برای مثال، یک خازن ۱۰ میکروفارادی با ولتاژ ۱۰۰ ولت، انرژی
\[ \frac{1}{2} \times 10^{-5} \times 100^2 = 0.05 \]ژول ذخیره می کند.
مثال: یک ابرخازن (supercapacitor) ممکن است ظرفیتی چند فاراد داشته باشد. چنین خازنی می تواند انرژی قابل توجهی ذخیره کند و در خودروهای هیبریدی کاربرد دارد.
در جریان متناوب، خازن مقاومتی به نام راکتانس خازنی از خود نشان می دهد که با رابطه
\[ X_C = \frac{1}{2\pi f C} \]به دست می آید و بر حسب اهم است.
خازن ها همچنین در ترکیب با سلف ها مدارهای تشدید (رزونانس) ایجاد می کنند که در مخابرات کاربرد دارند.
ظرفیت خازن به عواملی مانند مساحت صفحات، فاصله بین آنها و نوع ماده دی الکتریک بستگی دارد. دی الکتریک ها با ثابت دی الکتریک خود (κ) ظرفیت را افزایش می دهند.
فاراد در فیزیک برای بیان ظرفیت خازن های کوانتومی و نانوساختارها نیز به کار می رود. خازن های بسیار کوچک در مدارهای مجتمع ممکن است ظرفیت هایی در حد اتوفاراد (aF = 10⁻¹⁸ F) داشته باشند.
بدون خازن و یکای آن (فاراد)، طراحی منابع تغذیه، فیلترها و بسیاری از مدارهای الکترونیکی ممکن نبود.
