Farad

Farad
Des condensateurs de diverses capacités (au deuxième plan, 5 000 µF, 81 000 µF, 6 500 µF et 8 000 µF, derrière des condensateurs de moindre capacité).
Informations
Système	Unités dérivées du Système international
Unité de…	Capacité électrique
Symbole	F
Éponyme	Michael Faraday
Conversions
1 F en…	est égal à…
Unités SI de base	1 m−2 kg−1 s4 A2
Unités électriques conventionnelles	1 A s V−1

Le farad (symbole : F), tiré du nom du physicien Michael Faraday, est l'unité dérivée de capacité électrique du Système international (SI).

Un farad est la capacité d'un conducteur électrique isolé pour laquelle une addition de 6,241 × 10¹⁸ électrons provoque une augmentation de son potentiel de 1 volt (aspect électrostatique). Cette charge électrique composée de 6,241 × 10¹⁸ électrons représente en fait une charge électrique de 1 coulomb. Le coulomb est aussi le nombre d'électrons traversant chaque seconde la section d'un conducteur parcouru par un courant de 1 ampère (aspect électrodynamique). Vu autrement, la capacité d'un conducteur est son aptitude à stocker une charge d'un coulomb pour chaque volt supplémentaire de son potentiel.

Il faut considérer tout conducteur comme un « réservoir » à électrons, susceptible d'être plus ou moins rempli à l'aide d'un contact électrique avec un générateur d'électrons ou vidé avec un récepteur d'électrons.

Cette capacité attribuée au conducteur électrique ne dépend que de la forme du conducteur. Par exemple, en considérant la Terre comme une sphère conductrice de 12 800 km de diamètre, on trouve une capacité de ~710 × 10⁻⁶ farad (~710 µF).

Le composant électronique appelé « condensateur » utilise cette propriété mais en associant deux conducteurs (ou plus), chacun des conducteurs exerçant son « influence », si possible totale, sur l'autre conducteur. C'est sous cette condition d'influence électrostatique d'un conducteur sur l'autre que l'on fabrique les condensateurs utilisés en électronique.

En unités de base SI :

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

A = ampère, V = volt, C = coulomb, J = joule, m = mètre, N = newton, s = seconde, W = watt, kg = kilogramme, Ω = ohm

Cette unité est en pratique très grande. On utilise usuellement ses sous-multiples, microfarad (symbole : µF), nanofarad (symbole : nF) et picofarad (symbole : pF).

Depuis quelques années, on peut trouver sur le marché des composants électroniques : des « super-condensateurs » d'une capacité variant entre un et mille farads. Ces condensateurs ont une tension de service assez faible, de l'ordre de 2,7 volts. La mise en série et parallèle de nombre de ces « super-cap » permet d'obtenir un genre de batterie susceptible de stocker assez d'énergie pour une utilisation dans les transports (récupération de l'énergie de freinage). Cela peut être une alternative aux accumulateurs dans certaines applications.

Dans le Système international d'unités (SI), le farad est définit comme suit^[1],[2] :

« Farad (unité de capacité électrique). — Le farad est la capacité d'un condensateur électrique entre les armatures duquel apparaît une différence de potentiel électrique de 1 volt, lorsqu'il est chargé d'une quantité d'électricité égale à 1 coulomb. »

— 41^e Comité international des poids et mesures (CIPM), « Résolution 2 : définitions des unités électriques », adoptée en 1946^[3] et approuvée par la 9^e Conférence générale des poids et mesures (CGPM) en 1948.

Ainsi, le farad s'exprime par la relation^[2],[4] :

${\displaystyle 1\;\mathrm {F} =1\;{\frac {\mathrm {C} }{\mathrm {V} }}=1\;\mathrm {CV} ^{-1}}$,

où ${\displaystyle \mathrm {C} }$ et ${\displaystyle \mathrm {V} }$ sont respectivement le coulomb et le volt.

Le nom commun masculin^[5],[6] farad est l'antonomase^[7] apocopée^[8] du nom propre Faraday, patronyme de Michael Faraday^[5],[8] (1791-1867) qui est ainsi l'éponyme^[7] de l'unité.

En septembre 1861, Latimer Clark (1822-1898) et Charles Bright (1832-1888) proposent farad, en l'honneur de Faraday, comme nom d'une unité de charge électrique^{[9],[10],[11],[12],[13],[14]}.

La farad ne doit pas être confondu avec le faraday qui est une unité définie comme la « quantité d'électricité nécessaire pour déposer une mole d'un ion monovalent dans une solution électrolytique »^[15].

 : document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.