Kondansatörler Fizik Dersi Konu Anlatımı İçerik

Önbilgiler:

Kondansatör, DC akımı geçirmeyip, AC akımı geçiren devre elemanıdır

Kondansatörün Yapısı:

Kondansatör şekil 16 'da görüldüğü gibi, iki iletken plaka arasına yalıtkan bir maddenin yerleştirilmesi veya hiç bir yalıtkan kullanılmaksızın hava aralığı bırakılması ile oluşturulur Kondansatörler yalıtkan maddenin cinsine göre adlandırılır

Kondansatörün sembolü:

Değişik yapılı kondansatörlere göre, kondansatör sembollerinde bazı küçük değişiklikler vardır

Şekil 116

Şekil 116 - Kondansatör Yapısı

Kondansator Sembolü

Harf Olarak

" C "

Kondansatörün Çalışma Prensibi:

Kondansatörün bir DC kaynağına bağlanması ve şarj edilmesi:

Şekil 117(a) 'da görüldüğü gibi kondansatör bir DC kaynağına bağlanırsa, devreden Şekil 117(coolgif 'de görüldüğü gibi, geçici olarak ve gittikçe azalan IC gibi bir akım akar IC akımının değişimini gösteren eğriye kondansatör zaman diyagramı denir

Akımın kesilmesinden sonra kondansatörün plakaları arasında, kaynağın Vk gerilimine eşit bir VC gerilimi oluşur

Bu olaya, kondansatörün şarj edilmesi, kondansatöre de şarjlı kondansatör denir

"Şarj" kelimesinin Türkçe karşılığı "yükleme" yada "doldurma" dır

Şekil 117(a)

Şekil 117- Kondansatörün DC kaynağına bağlanması

a) Bağlantı devresi

coolgif Zaman diyagramı

c) Vc gerilim oluşumu

Şekil 117(coolgif

Şekil 117©

Kondansatör Devresinden Akım Nasıl Akmalıdır?

Şekil 117(a)' daki devrede, S anahtarı kapatıldığında aynı anda kondansatör plakasındaki elektronlar, kaynağın pozitif kutbu tarafından çekilir, kaynağın negatif kutbundan çıkan elektronlar, kondansatöre doğru akmaya başlar Bu akma işlemi, kondnsatörün plakası daha fazla elektron veremez hale gelinceye kadar devam eder

Bu elektron hareketinden dolayı devreden bir IC akımı geçer IC akımının yönü elektron hareketinin tersi yönündedir

Devreden geçen IC akımı, bir DC ampermetresi ile gözlenebilir S anahtarı kapanınca ampermetre ibresi önce büyük bir sapma gösterir Sonra da, ibre yavaş yavaş sıfıra gelir Bu durum devreden herhangi bir akım geçmediğini gösterir IC akımına şarj akımı denir

Devre akımının kesilmesinden sonra yukarıda da belirtildiği gibi kondansatör plakaları arasında VC=Vk oluşur

VC gerilimine şarj gerilimi denir

VC geriliminin kontrolü bir DC voltmetre ile de yapılabilir Voltmetrenin "+" ucu, kondansatörün, kaynağın pozitif kutbuna bağlı olan plakasına, "-" ucu da diğer plakaya dokundurulursa VC değerinin kaç volt olduğu okunabilir Eğer voltmetrenin uçları yukarıda anlatılanın tersi yönde bağlanırsa voltmetrenin ibresi ters yönde sapar

Kondansatörde Yük, Enerji ve Kapasite;

Şarj işlemi sonunda kondansatör, Q elektrik yüküyle yüklenmiş olur ve bir EC enerjisi kazanır

Kondansatörün yüklenebilme özelliğine kapasite (sığa) denir C ile gösterilir

Q, EC, C ve uygulanan V gerilimi arsında şu bağlantı vardır

Q=CV EC=CV2/2

1 Q: Coulomb (kulomb)

2 V: Volt

3 C: Farad (F)

4 EC: Joule (Jul)

Yukarıdaki bağlantıdan da anlaşıldığı gibi, C kapasitesi ve uygulanan V gerilimi ne kadar büyük ise Q elektrik yükü ve buna bağlı olarak devreden akan IC akımı da o kadar büyük olur

Kondansatörün kapasite formülü:

C = ε0εr(A/d)

ε0: (Epsilon 0): Boşluğun dielektrik katsayısı (ε0=885410-12)

εr: (Epsilon r): Plakalar arsında kullanılan yalıtkan maddenin İZAFİ1 dielektrik (yalıtkanlık) sabiti(Tablo 16)

1 A: Plaka alanı

2 d: Plakalar arası uzaklık

A ve d değerleri METRİK sistemde (MKS) ifade edilirse, yani, "A" alanı (m) ve "d" uzaklığı, metre (m2) cinsinden yazılırsa, C' nin değeri FARAD olarak çıkar

Örneğin:

Kare şeklindeki plakasının her bir kenarı 3 cm ve plakalar arası 2 mm olan, hava aralıklı kondansatörün kapasitesini hesaplayalım

A ve d değerleri MKS' de şöyle yazılacaktır:

A=0,03*0,03=0,0009m2 = 910-4 m2

d=2mm=210-3m ε0 = 8,85410-12

Hava için εr=1 olup, değerler yerlerine konulursa:

C=8,85410-124,510-1=39,84310-13 F=3,9PF (Piko Farad)1 olur

NOT:

1 İZAFİ kelimesi, yalıtkan maddenin yalıtkanlık özelliğinin boşluğunkinden olan farkını göstermesi nedeniyle kullanılmaktadır İzafinin, öz türkçesi, "göreceli" dir

Tablo 16 Bazı yalıtkan maddelerin epsilonjpg (467 bytes)r sabitleri

CİNSİ

İzafi Yalıtkanlık

Katsayısı (εr)

CİNSİ

İzafi Yalıtkanlık

Katsayısı (εr)

Hava

1

Mika

5-7

Lastik

2-3

Porselen

6-7

Kağıt

2-3

Bakalit

4-6

Seramik

3-7

Cam

4-7

AC Devrede Kondansatör:

Yukarıda DC devrede açıklanan akım olayı, AC devrede iki yönlü olarak tekrarlanır Dolayısıyla da, AC devredeki kondansatör, akım akışına karşı bir engel teşkil etmemektedir Ancak bir direnç gösterir

Kondansatörün gösterdiği dirence kapasitif reaktans denir

Kapasitif reaktans, XC ile gösterilir Birimi Ohm(Ω) dur

XC = (1/ωC) = (1/2πfC) 'Ohm olarak hesaplanır

1 XC = Kapasitif reaktans (Ω)

2 ω = Açısal hız (Omega)

3 f = Frekans (Hz)

4 C = Kapasite (Farad)

Yukarıdaki bağlantıdan da anlaşıldığı gibi, kondansatörün XC kapasitif reaktansı; C kapasitesi ve f frekansı ile ters orantılıdır Yani kondansatörün kapasitesi ve çalışma frekansı arttıkça kapasitif reaktansı, diğer bir deyimle direnci azalır