Kondansatör nedir ?

Kondansatör elektrik alanda yük depolayan bir alettir.
Bir alanın içinde bir şey nasıl depolanır diyorsanız yine benzetmemize başvuruyoruz. Misal biz bir tane m kütleli yükü aldık yerden d kadar yukarıdaki bir masaya koyduk. Biz bu yükü yerçekimsel alanda depolamış oluyoruz. Eğer bu sistem bir şekilde kısa devre olursa m kütleli yükümüz aşağı doğru hareket etmek isteyecektir. Kısa devre etme işini potansiyel farkı kaldırarak yapabiliriz. Yani aradaki yüksekliği sağlayan kaynak masamızı yok edersek, m kütleli yük aşağı doğru hareket eder yani akar. Bu süreçte yükümüzü hareket ettiren nedir? Yer çekimi ivmesidir. Aynı şekilde elektriksel sistemleri de buna benzetebiliriz. Bir kondansatörümüzün ucuna bir potansiyel fark misal olarak bir pil uygular isek, kondansatöre bir yük akışı olacaktır. Belli bir süre sonra (bu süreden ileride bahsedeceğiz) bu kondansatör neredeyse dolar. Neredeyse dedik çünkü kondansatör asla hiçbir zaman dolmaz. Çünkü kondansatör doldukça yükler kondansatörün içine girmekte zorluk yaşayacaklar ve daha zor olacak yani sürekli yavaşlayan bir dolum hızı var diyebiliriz.  Kondansatörleri başka bir şekilde hayal etmek istersek dolan bir su deposunu düşünebiliriz.

Hatta bazen elimizdeki anakart, ekran kartı vs. gibi yerlerde kondansatörün tepesinin patlak olduğunu görürüz. Su deposu örneğimize benziyor. 🙂

Neyse kondansatör adına daha fazla konuşalım. Kondansatörler 2 iletkenin arasına bir yalıtkan konulması ile oluşurlar. Yalıtkanın sınırına kadar gerilime dayanabilirler. Arada yalıtkan olduğu üzre yükler aslında bir yerden diğer bir yere akmaz. Kondansatörün plakaları dediğimiz iletken kısımlarında birikirler. Bu yük birikmesi hemen üstte gördüğünüz üzre bir elektrik alan oluşturacaktır. Bu elektrik alan karşı plakadaki yükleri tetiklerip onların pile akmasını sağlayacaktır. Eğer gerilim çok yükseltilirse veya akım çok fazla olursa yalıtkanlar bu durumlara dayanamaz ve özelliklerini yitirip kondansatörün kısa devre haline dönüşmesine sebep olurlar. Bu arada kondansatörün içinde elektrik alan sabittir. Neden diyeceksiniz, biz o kadar yük işlemi yaptık her noktada elektrik alanı farklı bulduk daha önceki kısımlarda diye. Fakat burada kondansatör çok büyüktür sonsuz büyük kabul edilebilir. Misal olarak baktığınızda bundan önce birim yüklerle iş yapıyorduk. 1 tane elektronu birim yük kabul etsek veya protonu bizim kondansatör plakamız ne kadar büyük kalır değil mi? Bunu Dünya, biz ve yer çekimi gibi düşünebiliriz. Normalde yer çekimi noktadan noktaya değişir fakat yerde bize genelde 9.81 m/s^2 şeklinde uygulanır. Çünkü biz Dünya’dan çok küçüğüz ve bize göre Dünya dümdüzdür yer çekimi alanı da bize göre aynıdır diyebiliriz. Bunlardan sonra kondansatörlerin iç yapısına bakarsak, her kondansatör yapısı gereği belli gerilim altında belirli bir yük depolar. Daha sonra dolar ve depolamayı bırakır. Peki bu yapısı gereği olan şeye ne diyoruz derseniz “sığa” diyoruz ve C sembolü ile gösteriyoruz. Sığa birim voltajda depolanan yük miktarını gösterir.

Yani C = Q/V olarak söyleyebiliriz sığamızı.

Sığa kondansatörün özelliğidir ve sabittir. Yani kondansatörü değiştirmeden sığa değişmez bunu aklımızdan çıkarmayalım. Birazcık mantıklı bir şekilde düşünürsek sığanın genel anlamda 3 tane özelliğe bağlı olduğuna varabiliriz. İlk olarak dedik plakalarda yük birikiyor değil mi? Bu plakaların alanı ne kadar büyük olur ise o kadar çok yük depolarlar. O zaman alan doğru orantıyla etkiliyor. Sonracığıma elektrik alan var yükümüzü ittiriyor dedik karşı plakada bulunan. Peki ittirsin ancak elektrik alan uzaklık etkisiyle azalıyor yeterince güçlü ittiremiyor? O zaman karşı plaka ne kadar yakın olursa o kadar iyi olur. Demek ki uzaklık ters orantıyla etkiliyor bizi. Bir de son olarak Elektrik alan konusunda hoş birşeye değindik. Elektrik alan şiddeti ve elektrik alan yoğunluğu vardı. Bunları birbirinden ayıran şey ise ortamın geçirgenliği idi. Tamam elimizde hoş yüksek bir elektrik alan var fakat ortam geçirgen olmadıktan sonra neye yarar değil mi? O yüzden bir sabit olarak ortamın geçirgenlik sabiti epsilonun da doğru orantılı etkilediğini varsayabiliriz. Sonuç olarak 2 tane ana denklemimiz çıkıyor kondansatör için (şimdilik).

Resimlerde de görüleceği üzere,

Q = Coloumb, V = Volt ve C = Farad birimleri ile ölçüyoruz kondansatörümüzü.

Farad birimi bizim için ve normal bir kondansatör için çok büyük bir birimdir. Çünkü dedik bu iş kondansatörün geometrisine ve yapısına bakıyor diye. O yüzden 1 Faradlık bir kondansatörün bir insan kadar büyük olacağını düşünmeliyiz. Ancak şu an yeni teknoloji ultracapacitorlar vs. şeyler yapıyorlar. Onlarla birlikte kondansatör boyutları küçülüyor diyebilirim. Yakında belki 100’lerce faradlık kondansatörleri devrelerimizde kullanabileceğiz. Bu bize ne avantaj sağlar der iseniz, kondansatör hızlı bir depolama aracıdır. Şu an elektriğin sorunlarından birisi de depolamadır. Bu sorunu çözebilir bize daha ucuz elektrik kazandırabilir. Yeni elektrik üretim yollarının bulunmasına yol açabilir. Misal olarak hızlı düzen ve depolanamayan yıldırım gibi. Ultrakondansatörlar hakkında daha fazla bilgiye ulaşmak için araştırma yapabilirsiniz.

Arkadaşlar şimdi kondansatörlerin birbirine bağlanma gibi bir olayı var. Bu olayda daha önce dirençlerde görsel olarak göstermiştik fakat şimdi yazısal olarak denklemleri çıkarsak yeter diye düşünüyorum. Q bize yabancı gelebilir ama onu akıma benzetmenizi öneriyorum çünkü o depolanan yük e depolanan yük havadan gelmiyor ya akımdan dolayı oraya gelmiş oluyor. O yüzden aynı teldeki yüklerin birbirine eşit olduğunu söyleyebiliriz. Yanyana konulmuş 2 tane kütle gibi düşünün yahu birine soldan bir elektrik alanla ittirme yapıyorum kuvvet uyguluyorum. E birbiriyle aynı yerdeylerse birbirini iteceklerdir 2 sine de aynı şekilde hızlanacaktır. Yani aynı koldaki yükler birbirine eşittir (yüklerin akabildiğini düşünüyoruz)

Q = C*V dedik.
Paralel bağlamalarda V’lerin eşit olacağı aşikardır.
C1 ve C2 kapasiteli kondansatörlerimiz olsun.
Q1 = C1*V ve Q2 = C2*V olacaktır. Peki bunların yerine Ceş diye bir kondansatör olup aynı gerilim altında kalıp aynı yükü depolamak zorunda kalsaydı ne olurdu?
(Q1+Q2) = Ceş*V olurdu ki;
C1*V + C2*V = Ceş*V olacağından;
Ceş = C1+C2 olarak bulunur.

Fark ettiniz mi? Paralel bağlamada direk birbiriyle toplanıyorlar, sanki iletkenlik birimiymiş gibiler. Bunun doğruluğunu kontrol etmek için
Q = C*V denklemimiz ile
I = G*V denklemimizi karşılaştırıyoruz. Taraf tarafa bölüm yaptığınızda,
Q/I = CV/GV olur ki V’ler götürecektir. Q = I*t olduğunu da hesaba katarsanız;
t = C/G olacaktır. G = 1/R olduğundan dolayı,
t = R*C olacaktır.

Biz bunu değişik bir t harfi ile To harfi ile göstereceğiz. Fakat şimdilik şu aklımızda kalsın ki R*C = saniye birimini verecektir!!! Birim sorularında işimize yarayabilir.Neyse kaldığımız yerden devam edersek, bunları iletkenlere benzettik, dirençlerle ters özellik gösterecektir dedik o zaman seri bağlantı için hiç denklem çıkarmıyorum ve diyorum ki;

1/Ceş = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + … olacaktır.

Çünkü paralel bağlantıda iletkenlikler, seri bağlantıda da dirençler toplanır diye üstüne basarak söyledik. Bu arada şunu görüyoruz ki To = R*C bize zaman veriyor. Bu zaman kondansatörümüzün dolma zamanıyla orantılı bir şey fakat yine ileride göreceğiz fakat bu denklem bize “kondansatörünüzü asla dirençsiz devreye bağlamayın” uyarısını veriyor. Çünkü yanar da ondan.

Kondansatör sorularımızı çözerken, kondansatörleri dolmuş kabul edip, yük paylaşımı yapacağız. Fakat unutmayın bu bir iletkenlik birimi gibi bir şey yani sığa ile orantılı yük paylaştıracaksınız. Dirençlerde bu işi yaparken ters şekilde dağıtıyorduk akımlarımızı. Bir de elimizde R ve C den oluşan bir “doğru akım devresi” var ise mutlak suretle öncelikle kondansatör yokmuş ve olduğu yer açık devre gibiymiş şeklinde davranıyoruz. Çünkü belli bir süre sonra o dolmuş olacaktır. Daha sonra dirençlerle işlemlerimizi yapıp akımları buluyoruz. Devrenin son halinde kondansatörün bağlı olduğu uçlar arasındaki potansiyel varkı bulup Q = C*V denklemimiz ile depoladığı yükü hesaplıyoruz.

Küresel Yüklerin Potansiyeli

Bu arada levhalı kondansatör dedik de ya kondansatörümüz küresel bir şey olsaydı. İletken bir küre ortasında da yalıtkan barındırıyor. Kondansatör tanımımıza uygun değil mi? Şimdi öncelikle küresel bir iletkenin potansiyelini bilmemiz lazım. Şimdi bu dedik kondansatör gibin bir şey, içinde de yük barındırıyor. O zaman bunun bir potansiyeli var arkadaşım. E iletken dedik kısa devre gibin bir şey her tarafa aynı iletiyor potansiyeli. O zaman kürenin yüzeyinde potansiyel aynıdır. İçinde ne iş olacak derseniz, ortada potansiyel farkı değiştirebilecek bir akım var mı? E yok o zaman kürenin içindeki potansiyel yüzeyindeki ile aynı o da basit potansiyel hesabımızla aynı.

V = k*Q/r diyebiliriz. r = kürenin yarıçapı olmak üzre. Dışında ise a’ya bağlı bir şekilde azalacaktır.

Q = C*V olduğunu biliyorduk. Burada V yerine kq/r yazar isek.
kQC/r = Q olacaktır. Q’ları götürdüğü aşikardır.
kC/r = 1 olmalı ki buradan;
C = r/k olarak iletken küremizin sığası bulunur.

 

Benzer Yazılar

YAZAR : Admin

Elektronik Mühendisi / E.Üni. Kalibrasyon Lab. Sorumlusu / Biyomedikal Kalibrasyon Laboratuvarı Sorumlu Müdürü (Sağ.Bak.) / X-Işınlı Görüntüleme Sistemleri Test Kontrol ve Kalibrasyon Uzmanı (Sağ.Bak.) / Ultrason-Doppler Sistemleri Test Kontrol ve Kalibrasyon Uzmanı (Sağ.Bak.) - Hatalı veya kaldırılmasını istediğiniz sayfaları diyot.net@gmail.com bildirin

BU YAZIYI DA İNCELEDİNİZ Mİ ?

Kondansatör Nerede Kullanılır ?

Kondansatör bir devrede kuplaj görevi yaparken bir başka devrede belli bir frekans bandını bastırıyor ya …

Bir cevap yazın