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 :

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

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.

Définition

Dans le Système international d'unités (SI), le farad est définit comme suit :

« 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 et approuvée par la 9^e Conférence générale des poids et mesures (CGPM) en 1948.

Ainsi, le farad s'exprime par la relation :

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

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

Histoire

Le nom commun masculin farad est l'antonomase apocopée du nom propre Faraday, patronyme de Michael Faraday (1791-1867) qui est ainsi l'éponyme 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.

Confusion

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 ».

Voir aussi

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

Bibliographie

• [BIPM 2019] Bureau international des poids et mesures, Le Système international d'unités (SI) (brochure – texte français), Sèvres, BIPM, mai 2019, 9^e éd., 112 p., 21 × 29,7 cm (ISBN 978-92-822-2272-0, EAN 9789282222720, DOI 10.59161/AUEZ1291 , présentation en ligne, lire en ligne [PDF]).  — mise à jour en août 2025.
  • [CIPM 1947] Comité international des poids et mesures, Procès-verbaux des séances, 2^e sér., t. XX : Sessions de 1945 et de 1946, Paris, Gauthier-Villars, 1947, 1^re éd., [4]-237 p., in-8^o (DOI 10.59161/CIPM1946RES2F , lire en ligne), procès-verbaux des séances de l'année 1946, procès-verbal de la 3^e séance (29 octobre), résolutions concernant le changement des unités électriques, résolution 2, 4^e, B, VIII, p. 133. 
• [Clark et Bright 1861] (en) Latimer Clark et Charles Bright, « Measurement of electrical quantities and resistance », The Electrician, vol. 1, n^o 1,‎ 9 novembre 1861, art. n^o 5, p. 3-4 (lire en ligne [PDF])
• [Clark et Bright 1862] (en) Latimer Clark et Charles Bright, « On the formation of standards of electrical quantity and resistance » (communication), British Association for the Advancement of Science : report of the thirty-first meeting, held at Manchester in september 1861, Londres, J. Murray,‎ 1862, sec. 1 (« Mathematics and physics »), sous-sec. 1.1 (« Electricity, magnetism »), art. n^o 2, p. 37-38 (lire en ligne [PDF]).
• [Dubesset 2000] Michel Dubesset (préf. Gérard Grau), Le manuel du Système international d'unités : lexique et conversions, Paris, Technip, coll. « Publications de l'Institut français du pétrole », septembre 2000, 1^re éd., XX-169 p., 15 × 22 cm (ISBN 2-7108-0762-9, EAN 9782710807629, OCLC 300462332, BNF 37624276, SUDOC 052448177, présentation en ligne, lire en ligne). 
• [Giacomo 1990] Pierre Giacomo, « Le CGS, innocent cheval de Troie », Bulletin d'histoire de l'électricité, n^o 16,‎ décembre 1990, I^re partie (« Articles »), art. n^o 1, p. 5-8 (OCLC 8672280291, DOI 10.3406/helec.1990.1123 , lire en ligne [PDF]). 
• [Grant et Thompson 2019] (en) Peter M. Grant et John S. Thompson, « standardization of the Ohm as a unit of electrical resistance (1861-1867) », Proceedings of the IEEE, vol. 107, n^o 11,‎ novembre 2019, p. 2281-2289 (OCLC 8286124317, DOI 10.1109/jproc.2019.2945495, S2CID 207823703, lire en ligne [PDF]). 
• [Gyllenbok 2018] (en) Jan Gyllenbok, Encyclopaedia of historical metrology, weights, and measures, t. I^er, Bâle, Birkhäuser, coll. « Science networks / historical studies » (n^o 56), avril 2018 (réimpr. décembre 2018), 1^re éd., XIX-677 p., 17,8 × 25,4 cm (ISBN 978-3-319-57596-4 et 978-3-030-09624-3, EAN 9783319575964, OCLC 1041128686, BNF 45785961, DOI 10.1007/978-3-319-57598-8 , S2CID 134764587, SUDOC 22759147X, présentation en ligne, lire en ligne). 
• [Kragh 2024] (en) Helge Kragh, The names of science : terminology and language in the history of the natural sciences, Oxford, OUP, hors coll. et coll. « Oxford scholarship online », juillet 2024, 1^re éd., XII-328 p., 15,6 × 23,4 cm (ISBN 978-0-1989-1745-8 et 978-0-1989-1744-1, EAN 9780198917458, OCLC 1465452309, DOI 10.1093/9780198917472.001.0001 , SUDOC 284860115, présentation en ligne, lire en ligne), chap. 2 (« Electricity and electromagnetism »), p. 75-118. 

Liens externes

• [DAF] « farad » , Dictionnaire (9^e éd.), Académie française. 
• [GDT] « farad » , « faraday » , « Faraday » et « Liste d'éponymes » , Grand Dictionnaire terminologique, Office québécois de la langue française.