Kondansatör

ne-nasil.net

 

Kondansatör, DC Akımı geçirmeyip AC akımı geçiren elektronik devre elemanlarıdır.

 

Kondansatör şekilde 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 Çalışma Prensibi

Kondansatörün bir DC kaynağına bağlanması ve şarj edilmesi:
Sekil (a) 'da görüldüğü gibi kondansatör bir DC kaynağına bağlanırsa, devreden Sekil (b) 'de görüldüğü gibi, geçici olarak ve gittikçe azalan IC gibi bir akim akar. IC akiminin değişimini gösteren eğriye kondansatör zaman diyagramı denir.

Akimin 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.

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

Bu elektron hareketinden dolayı devreden bir IC akimi geçer. IC akiminin yönü elektron hareketinin tersi yönündedir.

Devreden geçen IC akimi, 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 akim geçmediğini gösterir. IC akımına sarj akimi denir.

Devre akiminin 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 (siga) denir. C ile gösterilir.

Q, EC, C ve uygulanan V gerilimi arsında su bağlantı vardır.

Q=C.V EC=CV2/2

Q: Coulomb (kulomb)

V: Volt

C: Farad (F)

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 akimi da o kadar büyük olur.

Kondansatörün Kapasite Formülü


Kondansatörün kapasite formülü:

C = ε0.εr.(A/d)

ε0: (Epsilon 0): Boşluğun di elektrik katsayısı (ε0=8.854.10-12)

εr: (Epsilon r): Plakalar arasında kullanılan yalıtkan maddenin IZAFI1 di elektrik (yalıtkanlık) sabiti.

A: Plaka alanı

d: Plakalar arası uzaklık

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

Örneğin:
Kare seklindeki plakasının her bir kenarı 3 cm ve plakalar arası 2 mm olan, hava aralıklı kondansatörün kapasitesini hesaplayalım.

A ve d degerleri MKS' de söyle yazilacaktir:

A=0,03*0,03=0,0009m2 = 9.10-4 m2

d=2mm=2.10-3m ε0 = 8,854.10-12

Hava için εr=1 olup, değerler yerlerine konulursa:

C=8,854.10-12.4,5.10-1=39,843.10-13 F=3,9PF (Piko Farad)1 olur.


NOT:

1 IZAFI kelimesi, yalıtkan maddenin yalıtkanlık özelliğinin boşluğunkinden olan farkını göstermesi nedeniyle kullanılmaktadır. Izafinin, öz türkçesi, "göreceli" dir.

 

 

 

AC Devrede Kondansatör

Yukarıda DC devrede açıklanan akim 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.

XC = Kapasitif reaktans (Ω)

ω = Açisal hiz (Omega)

f = Frekans (Hz)

C = Kapasite (Farad)

 

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