Michael Faraday (/ˈmaɪkəl ˈfæɹəˌdeɪ/; Newington Butts, 22 de septiembre de 1791-Hampton Court, 25 de agosto de 1867) fue un científico británico que estudió el electromagnetismo y la electroquímica. Sus principales descubrimientos incluyen la inducción electromagnética, el diamagnetismo y la electrólisis.
A pesar de la escasa educación formal recibida, Faraday es uno de los científicos más influyentes de la historia.[1] Mediante su estudio del campo magnético alrededor de un conductor por el que circula corriente continua, fijó las bases para el desarrollo del concepto de campo electromagnético. También estableció que el magnetismo podía afectar a los rayos de luz violeta y que había una relación subyacente entre ambos fenómenos.[2][3] Descubrió asimismo el principio de inducción electromagnética, el diamagnetismo, las leyes de la electrólisis e inventó algo que él llamó dispositivos de rotación electromagnética, que fueron los precursores del actual motor eléctrico.[4]
En el campo de la química, Faraday descubrió el benceno, investigó el clatrato de cloro, inventó un antecesor del mechero de Bunsen, el sistema de números de oxidación e introdujo términos como ánodo, cátodo, electrodo e ion. Finalmente, fue el primero en recibir el título de Profesor Fulleriano de Química en la Royal Institution de Gran Bretaña, que ostentaría hasta su muerte.
Faraday fue un excelente experimentador, que transmitió sus ideas en un lenguaje claro y simple. Sus habilidades matemáticas, sin embargo, no abarcaban más allá de la trigonometría y el álgebra básica. James Clerk Maxwell tomó el trabajo de Faraday y otros y lo resumió en un grupo de ecuaciones que representan las actuales teorías del fenómeno electromagnético. El uso de líneas de fuerza por parte de Faraday llevó a Maxwell a escribir que "demuestran que Faraday ha sido en realidad un gran matemático. Del cual los matemáticos del futuro derivarán valiosos y prolíficos métodos".[5] La unidad de capacidad eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades (SI), el faradio (F), se denomina así en su honor.
Albert Einstein tenía colgado en la pared de su estudio un retrato de Faraday junto a los de Isaac Newton y James Clerk Maxwell.[6] El físico neozelandés Ernest Rutherford declaró: "Cuando consideramos la extensión y la magnitud de sus descubrimientos y su influencia en el progreso de la ciencia y de la industria, no existen honores que puedan retribuir la memoria de Faraday, uno de los mayores descubridores científicos de todos los tiempos".[7][1] Fue miembro de la Royal Society de Londres.
Biografía
Primeros años
Faraday nació en la aldea de Newington Butt,[8] que es ahora parte del municipio de Southwark (prácticamente en el centro de Londres), pero que, en aquel entonces, era una zona suburbana del condado de Surrey.[9] No provenía de una familia rica.
De niño, la madre de Faraday lo sacó del colegio porque los métodos y castigos para los niños eran terribles; la maestra de Faraday se burlaba y le castigaba por no pronunciar bien la "R". Faraday comenzó a estudiar por su cuenta, pero su creatividad e ingenio lo llevarían a la fama a pesar de no tener una formación rigurosa en ciertos campos de la ciencia.
Su padre, James, se trasladó junto a su esposa y sus dos hijos a Londres durante el invierno de 1791, desde Outhgill, en Westmorland, donde trabajó como aprendiz del herrero del pueblo. Michael nació durante el otoño de ese año. El joven Michael Faraday, el tercero de cuatro hermanos, llegó a ser, a la edad de 14, aprendiz de George Riebau, encuadernador y vendedor de libros de la ciudad.[10]
Durante los siete años que duró su aprendizaje, Faraday leyó muchos libros, entre ellos The improvement of the mind,de Isaac Watts, estudiando con gran entusiasmo los principios y sugerencias ahí escritos. Durante esta época también desarrolló su interés por la ciencia, especialmente por el fenómeno eléctrico.
Vida adulta
En 1812, a la edad de 20 años, y ya acabando su aprendizaje de encuadernador, Faraday comenzó a asistir a las conferencias del destacado químico inglés Humphry Davy, de la Royal Institution y de la Royal Society, y de John Tatum, fundador de la City Philosophical Society. La mayoría de las invitaciones para las conferencias fueron ofrecidas a Faraday por William Dance, uno de los fundadores de la Royal Philharmonic Society. Faraday, posteriormente, envió a Davy un libro de 300 páginas basado en notas que él mismo había tomado durante esas conferencias. La respuesta de Davy fue inmediata, amable y favorable. Davy, durante un experimento con tricloruro de nitrógeno, se dañó gravemente la vista, por lo que decidió contratar a Faraday como su secretario. Cuando uno de los asistentes de la Royal Institution, John Payne, fue despedido, Humphry Davy se vio en la necesidad de buscar un sustituto para el puesto, designando a Faraday asistente de química de la Royal Institution, el 1 de marzo de 1813.[8]
En la clasista sociedad inglesa de la época, Faraday no era considerado un caballero. Cuando Davy decidió emprender un viaje por el continente en 1813-1815, su sirviente prefirió no ir. Faraday, que iba en calidad de asistente científico, se vio forzado a suplir las tareas del sirviente hasta que se pudiera encontrar uno nuevo en París. La esposa de Davy, Jane Apreece, se negaba a tratar a Faraday como un igual (le obligaba a viajar fuera del carruaje, comer con los sirvientes, etcétera), le hacía que su vida resultase tan miserable, que lo llevó a contemplar la idea de regresar a Inglaterra solo y abandonar la ciencia. El viaje, sin embargo, le dio acceso a la élite científica europea y sus fascinantes y estimulantes ideas.[8]
Faraday se casó con Sarah Barnard (1800-1879) el 12 de junio de 1821.[11] Se conocieron a través de sus familias en la iglesia Sandemaniana, confesando su fe a esta congregación el mes siguiente a su matrimonio. No tuvieron hijos.[12]
Faraday fue un cristiano devoto; su congregación Sandemaniana era una filial de la Iglesia de Escocia. Una vez casado, sirvió como diácono y, durante dos períodos, como presbítero. Su iglesia estaba ubicada en Paul's Alley en Barbican Estate. Este lugar de reuniones fue trasladado a Barnsbury Grove, Islington, en 1862. Aquí fue donde Faraday cumplió los últimos dos años de su segundo período de presbítero, antes de dimitir de su cargo.[13][14] Biógrafos del científico han señalado que "un fuerte sentimiento de unidad entre Dios y la naturaleza impregnó la vida y el trabajo de Faraday".[15]
Últimos años
En junio de 1932, la Universidad de Oxford concedió a Faraday el grado de Doctor of Civil Law (honorario). Durante su vida, la Corona británica le ofreció un título de caballero, en reconocimiento a sus servicios a la ciencia, el cual fue rechazado por motivos religiosos. Faraday creía que acumular riquezas y perseguir recompensas mundanas atentaba contra la palabra sagrada de la Biblia, prefiriendo seguir siendo llamado "simplemente Sr. Faraday, hasta el final".[16] Rechazó dos veces convertirse en presidente de la Royal Society.[17]
Fue elegido miembro extranjero de la Real Academia de las Ciencias de Suecia en 1838, y fue uno de los ocho miembros extranjeros elegidos por la Academia de Ciencias de Francia en 1844.[18]
Faraday sufrió un colapso nervioso en 1839, pero regresaría posteriormente a sus investigaciones sobre electromagnetismo.[19]
En 1848, como resultado de las gestiones del príncipe consorte Alberto, se le concedió una casa de Gracia y Favor en Hampton Court en Middlesex, libre de gastos y costos de mantenimiento. En 1858, Faraday se retiró a vivir a ese lugar.[20]
Al ser consultado por el gobierno británico con el fin de ayudar en la producción de armas químicas para la Guerra de Crimea (1853-1856), Faraday rechazó participar, alegando motivos éticos.[21]
Faraday murió en su casa en Hampton Court, a 35 km al suroeste de Londres, el 25 de agosto de 1867, a la edad de 75 años.[22] A pesar de haber rechazado una sepultura en la Abadía de Westminster, existe ahí una placa conmemorativa en su nombre, cerca de la tumba de Isaac Newton. Faraday fue sepultado en la sección de disidentes del Cementerio de Highgate.
Desde 1935 el cráter lunar "Faraday" lleva este nombre en su memoria.[23]
Carrera científica
Química
El primer trabajo de Faraday en el área de la química fue como asistente de Humphry Davy. Estaba especialmente interesado en el estudio del cloro, descubriendo dos nuevos compuestos de cloro y carbono. También condujo los primeros rudimentarios experimentos sobre difusión de gases, fenómeno que había sido previamente identificado por John Dalton. La importancia física de este fenómeno fue enteramente revelada por Thomas Graham y Johann Josef Loschmidt. Tuvo éxito al lograr licuar diversos gases, investigó la aleación del acero y produjo varios nuevos tipos de vidrio destinados a fines ópticos. Un ejemplar de estos pesados cristales tomaría posteriormente una gran importancia histórica; cuando Faraday ubicó el vidrio en un campo magnético descubrió la rotación del plano de polarización de la luz. Este ejemplar fue también la primera sustancia que se encontró que era repelida por los polos de un imán.
Faraday inventó una temprana forma del mechero de Bunsen, usado en todos los laboratorios de ciencia del mundo como una buena fuente de calor.[24][25]
Trabajó ampliamente en el campo de la química, descubriendo sustancias tales como el benceno y condensando gases como el cloro. La licuefacción de gases ayudó a establecer que estos corresponden a vapores de líquidos con bajo punto de ebullición, otorgando una base más sólida al concepto de agregación molecular. En 1820, Faraday informó de la primera síntesis de compuestos de cloro y carbono, el hexacloroetano (C2Cl6) y el tetracloroetano (C2Cl4), publicando sus resultados al año siguiente.[26][27][28]
También descubrió la composición del clatrato hidrato de cloro, que había sido descubierto por Humphry Davy en 1810.[29][30] Asimismo, es responsable del descubrimiento de las leyes de la electrólisis y de introducir términos como ánodo, cátodo, electrodo e ion, propuestos en gran parte por William Whewell.
Faraday fue el primero en descubrir lo que posteriormente serían llamadas nanopartículas metálicas. En 1847 descubrió que las propiedades ópticas del coloide de oro diferían de las del metal macizo. Esta fue, probablemente, la primera observación registrada sobre los efectos del tamaño cuántico, y podría ser considerado como el nacimiento de la nanociencia.[31]
Electromagnetismo
Faraday es conocido por su trabajo relacionado con la electricidad y el magnetismo. Su primer experimento registrado fue la construcción de una pila voltaica con siete monedas de medio penique, apiladas junto a siete discos chapados en zinc y seis trozos de papel humedecidos con agua salada. Con esta pila pudo descomponer el sulfato de magnesio (primera carta a Abbott, 12 de julio de 1812).
En 1821, poco después del descubrimiento del fenómeno electromagnético por parte del físico y químico danés Hans Christian Ørsted, Davy y el científico británico William Hyde Wollaston intentaron, sin éxito, diseñar un motor eléctrico.[33] Faraday, habiendo discutido el problema con los dos hombres, persistió y logró construir dos dispositivos que producían, lo que él denominó, "rotación electromagnética". Uno de ellos, conocido ahora como motor homopolar, producía un movimiento circular continuo ocasionado por la fuerza magnética circular en torno a un alambre que se extendía hasta un recipiente con mercurio que tenía un imán en su interior; el alambre rota alrededor del imán cuando se le suministra una corriente eléctrica desde una batería química. Estos experimentos e inventos conformaron las bases de la tecnología electromagnética moderna. La emoción debida a estos descubrimientos llevó a Faraday a publicar sus trabajos sin haberlos presentado previamente a Davy o Wollaston. La controversia resultante dentro de la Royal Society tensó la relación con su mentor Davy y pudo haber contribuido a que Faraday fuera designado para otras tareas, impidiendo su participación en investigación electromagnética durante varios años.[34][35]
Desde su primer descubrimiento en 1821, Faraday continuó su trabajo de laboratorio, explorando las propiedades electromagnéticas de distintos materiales y desarrollando la experiencia requerida. En 1824, diseñó un circuito para estudiar si el campo magnético podía regular el flujo eléctrico de un cable adyacente, pero no encontró tal relación.[36] Durante los siguientes siete años, Faraday ocupó la mayor parte de su tiempo perfeccionando la fórmula de un cristal con cualidades ópticas, el borosilicato de plomo,[37] el cual utilizaría en sus posteriores experimentos que lo llevarían a relacionar el fenómeno electromagnético con la luz.[38]
En su tiempo libre continuó publicando sus trabajos experimentales en óptica y electromagnetismo; mantuvo también correspondencia con científicos que había conocido en su viaje a través de Europa con Davy y que también se encontraban investigando el electromagnetismo.[39] Dos años después de la muerte de Davy, en 1831, Faraday dio inicio a la gran serie de experimentos que lo llevarían a descubrir la inducción electromagnética.
El gran descubrimiento de Faraday surgió cuando enrolló dos solenoides de alambre alrededor de un aro de hierro, y encontró que cuando hacía pasar corriente por un solenoide, en el otro solenoide se inducía temporalmente otra corriente.[33] Este fenómeno se conoce como inducción mutua.[40] Este aparato aún se expone en la Royal Institution. En experimentos posteriores, observó que si hacía pasar un imán por el interior de una espira de alambre conductor, circularía una corriente eléctrica por este alambre. La corriente también fluía si la espira se movía sobre el imán en reposo. Sus demostraciones establecieron que un campo magnético variable generaba un campo eléctrico; esta relación fue modelada matemáticamente por James Clerk Maxwell como la Ley de Faraday, que posteriormente se convertiría en una de las cuatro ecuaciones de Maxwell, y que a su vez evolucionarían a un modelo más general conocido como teoría de campos. Faraday usaría después los principios que había descubierto para construir la dínamo eléctrica, antecesor de los actuales generadores y motores eléctricos.
En 1832, realizó una serie de experimentos para estudiar la naturaleza fundamental de la electricidad. Faraday utilizó "estática", baterías y "electricidad animal" para producir el fenómeno de atracción eléctrica, electrólisis, magnetismo, etc. Concluyó que, al contrario de la opinión científica de la época, la división entre varios "tipos" de electricidad era irreal. En vez de eso, propuso que solo existe un "tipo" de electricidad, y que unos valores variables de cantidad e intensidad (corriente y voltaje) producirían diferentes grupos de fenómenos.[33]
Cerca del final de su carrera, Faraday propuso que la fuerza electromagnética podía extenderse en el espacio vacío alrededor de un conductor. Esta idea fue rechazada por sus pares científicos, no pudiendo vivir lo suficiente como para ver la aceptación de su proposición por parte de la comunidad científica. El concepto de Faraday de líneas de flujo saliendo desde cuerpos cargados e imanes dio una forma de ver los campos eléctrico y magnético; ese modelo conceptual fue crucial para el exitoso desarrollo de dispositivos electromecánicos que dominarían la industria y la ingeniería por el resto del siglo XIX.
Diamagnetismo
En 1845, Faraday descubrió que muchos materiales exhibían una débil repulsión frente a campos magnéticos: un fenómeno que denominó diamagnetismo.[42]
Polarización de la luz
También descubrió que el plano de polarización de la luz linealmente polarizada podía rotarse debido a la aplicación de un campo magnético externo alineado con la dirección de propagación de la luz. Este fenómeno es llamado en la actualidad efecto Faraday. Así lo hace constar en su libro de notas: "He, al fin, tenido éxito en iluminar una curva magnética o línea de fuerza y en magnetizar un rayo de luz".[43]
En los últimos años de su vida, en 1862, Faraday utilizó un espectroscopio para estudiar la alteración de las líneas espectrales en presencia de un campo magnético. El equipamiento disponible, sin embargo, no fue suficiente como para mostrar una determinación precisa del cambio espectral. Posteriormente, el físico neerlandés Pieter Zeeman utilizaría un aparato mejorado para estudiar el mismo fenómeno, publicando sus resultados en 1897 y recibiendo el premio Nobel de Física en 1902. Tanto en su publicación de 1897[44] como en su discurso de aceptación del Nobel en 1902,[45] Zeeman hizo referencia al trabajo de Faraday.
Jaula de Faraday
En su trabajo en electricidad estática denominado La cubeta de Faraday, se demostró que la carga eléctrica se acumula solo en el exterior de un conductor cargado, sin importar lo que hubiera en su interior. Esto se debe a que las cargas se distribuyen en la superficie exterior de tal manera que los campos eléctricos internos se cancelan. Este efecto de barrera es conocido como jaula de Faraday.
Los seis principios de Faraday
De una obra de Isaac Watts titulada The Improvement of the Mind —La mejora de la mente—, leída a sus catorce años, Michael Faraday adquirió estos seis constantes principios de su disciplina científica:
- Llevar siempre consigo un pequeño bloc con el fin de tomar notas en cualquier momento.
- Mantener abundante correspondencia.
- Tener colaboradores con el fin de intercambiar ideas.
- Evitar las controversias.
- Verificar todo lo que se dice.
- No generalizar precipitadamente, hablar y escribir de la forma más precisa posible.
El efecto Faraday
Faraday llevó a cabo este descubrimiento en 1845. Consiste en la desviación del plano de polarización de la luz como efecto de un campo magnético, al atravesar un material transparente como el vidrio. Se trataba del primer caso conocido de interacción entre el magnetismo y la luz
Conferencias de Navidad
Michael Faraday inició la primera serie de Conferencias de Navidad en 1825. Esto llegó en un momento en el que la educación organizada para jóvenes era escasa. Presentó un total de diecinueve series de conferencias.
EPONIMOS :
farad — SI unidad de capacitancia, faradio — cgs unidad de corriente constante de Faraday, efecto Faraday, Faraday's law of induction, Faraday's law of electrolysis.
| faradio | ||
|---|---|---|
 Condensador ideal cuya capacidad se expresa en faradios. | ||
| Estándar | Unidades derivadas del Sistema Internacional | |
| Magnitud | Capacidad eléctrica | |
| Símbolo | F | |
| Nombrada en honor de | Michael Faraday | |
| Equivalencias | ||
| Unidades básicas del Sistema Internacional | 1 F = s4 A2 m-2 kg-1 | |
| Sistema CGS | 1 F = 8,9875517874 × 1011 statfaradio | |
El faradio[1] (en el original, farad;[2] símbolo: F) es 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).[3]
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.[4]
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 de un dispositivo, en el que una carga eléctrica de un culombio genera una diferencia de potencial de un voltio.[3] Igualmente, un faradio puede describirse como la capacidad de un dispositivo que almacena una carga de un culombio cuando se le aplica una diferencia de potencial de un voltio.[5]
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 = 1000 μF = 1000000 nF
- 1 μF (microfaradio, una millonésima (10-6) de un faradio) = 0.000 001 F = 1000 nF = 1000000 pF
- 1 nF (nanofaradio, una milmillonésima (10-9) de un faradio) = 0.000 000 001 F = 0.001 μF = 1000 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:
donde F = faradio, A = amperio, C = coulombio, V = voltio, W = vatio, J = julio, N = newton, Ω = Ohmio, Hz = Hercio, S = siemens, H = henry, m = metro, s = segundo.[6]
En unidades básicas del SI, el faradio se expresa de la siguiente manera:
Historia
El término "faradio" fue acuñado originalmente por Latimer Clark[nota 1] y Charles Bright en 1861,[7] en honor de Michael Faraday, para una unidad de carga eléctrica, pero para 1873, el faradio se convirtió en una unidad de capacitancia.[8] En 1881, en el Electrical Congress de París, se utilizó oficialmente el nombre de farad para la unidad de capacidad eléctrica.[9][10]
Explicación
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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 siglo XVIII. 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).[11] 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 4700 μF), mientras que el nanofaradio es poco común en Norteamérica.[12] El tamaño de los condensadores disponibles en el mercado oscila entre unos 0,1 pF y 5000F (5 kF) supercondensadores. La capacitancia parásita en los circuitos integrados de alto rendimiento puede medirse en femtofaradios (1 fF = 0.001 pF = 10-15 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).[13]
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.[14][15]
Se calcula que la capacitancia de la ionosfera de la Tierra con respecto al suelo es de aproximadamente 1 F.[16]
Terminología informal y obsoleta
El picofaradio (pF) a veces se pronuncia coloquialmente como "puff" o "pic", como en "un condensador de diez pufs".[17] 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).[18]
"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.[19]
Múltiplos del Sistema Internacional de Unidades
A continuación una tabla de los múltiplos y submúltiplos del Sistema Internacional de Unidades.
| Submúltiplos | Múltiplos | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Valor | Símbolo | Nombre | Valor | Símbolo | Nombre | |
| 10−1 F | dF | decifaradio | 101 F | daF | decafaradio | |
| 10−2 F | cF | centifaradio | 102 F | hF | hectofaradio | |
| 10−3 F | mF | milifaradio | 103 F | kF | kilofaradio | |
| 10−6 F | µF | microfaradio | 106 F | MF | megafaradio | |
| 10−9 F | nF | nanofaradio | 109 F | GF | gigafaradio | |
| 10−12 F | pF | picofaradio | 1012 F | TF | terafaradio | |
| 10−15 F | fF | femtofaradio | 1015 F | PF | petafaradio | |
| 10−18 F | aF | attofaradio | 1018 F | EF | exafaradio | |
| 10−21 F | zF | zeptofaradio | 1021 F | ZF | zettafaradio | |
| 10−24 F | yF | yoctofaradio | 1024 F | YF | yottafaradio | |
| 10−27 F | rF | rontofaradio | 1027 F | RF | ronnafaradio | |
| 10−30 F | qF | quectofaradio | 1030 F | QF | quettafaradio | |
| Prefijos comunes de unidades están en negrita. | ||||||
Esta unidad del Sistema Internacional es nombrada así en honor a Michael Faraday. En las unidades del SI cuyo nombre proviene del nombre propio de una persona, la primera letra del símbolo se escribe con mayúscula (F), en tanto que su nombre siempre empieza con una letra minúscula (faradio), salvo en el caso de que inicie una frase o un título.Basado en The International System of Units, sección 5.2.
Además en ámbitos técnicos se utiliza la unidad micro-microfaradio escita como MMFD, mmfd, MMF o uuF la cual es equivalente al picofaradio (pF).[20]
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.
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La constante de Faraday () es utilizada en física y química, y se define como la cantidad de carga eléctrica en un mol de electrones.
Etimología
La constante de Faraday fue nombrada así en honor del científico británico Michael Faraday.
Descripción
Es utilizada en los sistemas electroquímicos para calcular la masa de los elementos que se formarán en un electrodo.
Está representada por el símbolo F y se define formalmente como la carga elemental molar. Se puede calcular como:[1]
Donde:
| Símbolo | Nombre | Valor | Unidad |
|---|---|---|---|
| Constante de Faraday | 96485.3321233100184[1] | C / mol | |
| Carga eléctrica elemental | 1.602176634×10-19 [2] | C | |
| Constante de Avogadro | 6.02214076×1023 [3] | mol-1 |
A partir de la redefinición de las unidades del SI del año 2019, la carga eléctrica elemental y la constante de Avogadro fueron definidos como valores exactos, por lo cual la constante de Faraday es también un valor exacto: 96485,3321233100184 C/mol.
El efecto Faraday (denominado a veces como rotación Faraday) fue descubierto en 1845 por el físico Michael Faraday, e intenta demostrar la interacción entre la luz y un campo magnético. El efecto describe cómo el plano de polarización de la luz puede cambiar y muestra cómo su alteración es proporcional a la intensidad del componente del campo magnético en la dirección de propagación de la onda luminosa.
El efecto Faraday, un efecto magneto-óptico, es la primera evidencia experimental de que la luz y el magnetismo están relacionados. Hoy en día la base teórica para definir esta relación se denomina Teoría electromagnética, y fue desarrollada por James Clerk Maxwell entre los años 1860 y 1870. Este efecto ocurre en la mayoría de los materiales dieléctricos transparentes afectados por fuertes campos magnéticos (por ejemplo: 5 Tesla (50000 gauss) para hacer rotar la polarización 90 grados).
El efecto Faraday es resultado de una resonancia ferromagnética cuando la permeabilidad de un material se representa por un tensor. Esta resonancia provoca que las ondas se descompongan en dos rayos polarizados circularmente y que se propagan con velocidades diferentes. Esta propiedad se conoce como birrefringencia circular. Los rayos se recombinan al llegar a la interfase del medio, de tal forma que la onda resultante final tiene una rotación de su plano de polarización.
Cálculo del efecto
Para poder determinar el grado de giro del plano de polarización en los diferentes materiales, se emplea la siguiente fórmula:
siendo:
- β, el ángulo de rotación (en radianes)
- B, flujo de densidad magnética en la dirección de propagación (en teslas)
- d, la longitud del camino óptico (en metros)
- es la constante de Verdet del material. Este valor es una constante empírica que muestra la proporcionalidad (en unidades de radianes por tesla y por metro) entre el campo y la rotación del plano de polarización para varios materiales. Un valor positivo de esta constante indica que el giro del plano será levógiro (contrario a las agujas del reloj), y por el contrario un valor negativo indica un giro dextrógiro (sentido de las agujas del reloj).
Algunos materiales, tales como las aleaciones transparentes de terbio y galio (denominadas abreviadamente como TGG), tienen un valor de la constante de Verdet extremadamente elevado (≈ −40 rad T-1 m-1). De esta forma, si se coloca una barra de este material en un intenso campo magnético, el ángulo de la rotación Faraday puede llegar a ser de 0.78 rad (45°). Este efecto permite la construcción del Rotador de Faraday, que tiene como propiedad aislar algunos componentes de la luz transmitida en una dirección. Aislantes similares se construyen en los sistemas de microondas empleando barras de ferrita en una guía de onda envuelta en un campo magnético.
Usos
El efecto Faraday se considera de mucha importancia en campos tales como la astronomía, que lo emplea en la medición de la fuerza de campos magnéticos de púlsares de radio, que puede ser estimada mediante las medidas combinadas de la rotación del plano de polarización y los retrasos existentes entre los pulsos de radio en diferentes longitudes de onda. La misma información puede obtenerse en otros objetos estelares que no sean púlsares.
Si se considera que un rayo de luz pasa a través de un medio interestelar en el que existe una cierta cantidad de electrones libres, se puede observar cómo existe un índice de refracción que consiste en hacer que la luz se propague en dos modos polarizados circularmente. El efecto Faraday en las nubes interestelares, al contrario de lo que pasa en los líquidos y sólidos, tiene una simple dependencia con la longitud de onda de la luz (λ), de esta forma:
Donde el efecto global de esta perturbación, caracterizado por MR, Medida de la Rotación, indica el giro del plano de polarización en función de B y de la densidad de electrones, ne; ambos pueden variar a lo largo de la trayectoria lumínica, de esta forma se tiene que:
donde:
- e es el carga de un electrón
- m es la masa de un electrón
- c es la velocidad de la luz en el vacío
Las ondas de radio que pasan a través de la ionosfera están sujetas igualmente a rotación del plano de polarización según el efecto Faraday, y el efecto es proporcional al cuadrado de la longitud de onda. A 435 MHz (UHF), se puede esperar que las ondas hayan cambiado su plano de polarización en 1.5 rotaciones completas a causa del tránsito por la ionosfera, mientras que las ondas de 1.2 GHz lo hacen en cerca de un cuarto de una rotación completa.
En ingeniería eléctrica, este efecto es utilizado también como principio de funcionamiento de transformadores de corriente ópticos.
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