为什么电容的单位这么大?

电器工程 电容器
2022-01-19 06:37:21

大多数电容器都在 µF、nF 和 pF 范围内。我知道有一些特别的东西会那么高,但是在法拉第出现的时候,单位是以他的名字命名的,他们没有这样的东西。如果我们很少使用价值那么高的上限,为什么单位会这么大?

4个回答

因为它适合我们拥有的所有其他 (SI) 单位。1 法拉是每伏特 1 库仑。碰巧1库仑是……很多电荷。

因为与我们通常使用的电流量相比,1 安培是一个非常大的单位。因为与我们通常使用的音频和射频频率相比,1 秒是一个非常大的单位。

如果您通常使用远小于 1A 的电流,持续时间远短于 1 秒,并且没有大量资金可浪费或大量空间可浪费,则可以使用远小于 1F 的电容器。

另一方面,如果你想做电力,而不是无线电电子,1F 不是很大。这是最近关于 400F 电容器的新闻稿。 http://www.engineering.com/ElectronicsDesign/ElectronicsDesignArticles/ArticleID/5290/Is-it-a-battery-No-its-a-Supercap.aspx - 请注意,它的特殊之处在于它不大于一副纸牌。

正如其他人所提到的,1 法拉是每 1 伏特 1 库仑。但是兔子洞更深了——问题就变成了为什么 1 库仑是什么,为什么 1 伏特是什么

跟随这个兔子洞到底部,最终将引导我们找到 7 个基本 SI 单位,它们是我们世界 7 种物理属性的度量单位:距离、质量、时间、电流、热力学温度、物质的量和发光强度。它们就像数学中的公理。从这里开始,根据这些定义其他单位。所以伏特=(千克米米)/(安培秒秒秒)。同时库仑 = 安培 * 秒。您会注意到派生单位的 1 以基本单位的 1 表示。

所以最终,1 法拉是如此之大,因为基本单元是如此之大,至少相对于当今我们在几平方毫米上安装数十亿个晶体管的电子元件的尺寸而言。

电力的 SI 单位与其他一切的 SI 单位相匹配。如果你看一下焦耳的定义,这种关系就会变得清晰:

J=Nm=Ws

请注意,它既有机械单位,您自然会认为是机械单位(牛顿、米)和电气单位(瓦特)。我们可以将其分解为更基本的单元:

J=kgm2s2

或者我们可以将瓦特扩展到更基本但仍然是电气单位:

J=VAs

现在你有了伏特和安培,可以定义法拉:

F=AsV

如果你仔细分析一下,你会注意到焦耳是瓦秒,瓦特是电流和电压的某个比率,但这个比率是不确定的。这就是为什么安培是国际单位制的基本单位,定义为

安培是这样的恒定电流,如果保持在两个无限长、圆形横截面可忽略不计的平行直导体中,并在真空中相距 1 米,则在这些导体之间产生的力等于 2 × 10-7 牛顿/米的长度。

因此,如果您想为法拉大而归咎于某些东西,那就归咎于安培。或者,归咎于其定义所引用的其他 SI 基本单位,秒、米或千克(间接地,由牛顿)。