RC DEVRELERİ AMAÇ: • Kondansatörleri tanımak • Doğru akım

RC DEVRELERİ
AMAÇ:

Kondansatörleri tanımak

Doğru akım (DC) devresinde kondansantör üzerindeki akım ve voltaj değişimlerini
gözlemlemek

Kondansatörün dolma ve boşalma karakteristiklerini incelemek ve RC devresinin
zaman sabitini belirlemek
GENEL BİLGİLER:
Kondansatör, elektrik yüklerinin kutuplanarak elektriksel enerjiyi elektrik alanın içerisinde
depolayabilme özelliklerinden faydalanarak, bir yalıtkan malzemenin iki metal tabaka arasına
yerleştirilmesiyle oluşturulan temel elektrik ve elektronik devre elemanıdır. Kondansatörlerin
karakteristikleri;



plakalar arasında kullanılan yalıtkanın cinsine,
çalışma ve dayanma gerilimlerine,
depolayabildikleri yük miktarına
göre değişir.
Şekil 1. Kondansatör Çeşitleri
Bu kriterler göz önünde bulundurulduktan sonra gereksinime uygun olan kondansatör
tercih edilir.
Devredeki kondansatörde, iletken plakalar üzerindeki potansiyel fark, üreteç kutbunun
voltajına eşit oluncaya kadar yükler hareket eder ve sonuçta Q/V oranı sabitlenir. Bu oran
kondansatördeki iletkenlerin şekline ve dizilişine yani geometrisine ve kullanılan
malzemeye bağlıdır ve sığa (sembol C) olarak isimlendirilir.
Devrenin sığası ; C 
Q
şeklinde hesaplanır.
V
Farad, SI birim sisteminde sembolü F olan sığa (kapasitans) birimidir. Farad yüksek bir
sığa birimidir ve genel olarak uygulamalarda kondansatörlerin sığaları mikroFarad (μF),
pikoFarad (pF), nanoFarad (nF) olarak kullanılır. Genellikle yüksek frekanslı devrelerde
küçük kapasiteli kondansatörler olarak kullanılır Elektrolitik kondansatörlerde değer açık
bir şekilde üzerine yazılır.
Kutuplu (+ ve – ucu olan) elektrolit kondansatörler DC devreye bağlandığında
kutuplara dikkat edilmelidir aksi halde hasar oluşur. Kutuplu kondansatörlerin sığaları,
mikroFarad ve Farad arasında değişen yüksek sığalı kondansatörlerdir. Disk biçimindeki
(Mercimek tipi-seramik ve mika yalıtkanlı) kondansatörlere kutupsuz kondansatörler de
denir.
Bazılarında ise 4n7, 3p3 gibi değerler yazılır. Buradaki harfler kondansatörün birimini
verir, p = pikoFarad, n = nanoFarad gibi. 100n = 100 nF. Eğer bu harfler rakamların arasına
yazılmış ise o zaman bu harf hem birimini hem de ondalık değere sahip olduğunu gösterir.
Bir kondansatörün doldurulması
Şekil 2. Kondansatör doldurma devresi
Şekil-2 de verilen devrede görüldüğü gibi S anahtarı kapatıldığı zaman, yükler akmaya
başlayarak bir akım meydana getirirler böylece kondansatör yüklenmeye başlar. Yükleme
sırasında, kondansatör levhaları arasındaki boşluk bir açık devreye benzediğinden, yükler
bu boşluğu atlayıp karşı levhaya geçemezler. Fakat bir levhadan diğerine yük transferi,
kondansatör tamamen yüklenene kadar direnç, anahtar ve güç kaynağı üzerinden sağlanır.
Maksimum yükün değeri emk’ ya bağlıdır. Maksimum yüke ulaşıldığında akım sıfır olur.
Anahtar kapatıldıktan sonraki durum için Kirchoff un 2. kuralını uygulayarak denklem
çözülür ise aşağıdaki eşitlik elde edilir.
q(t )   C (1  et / RC )
Bu denklemde RC = τ durulma zamanıdır. Anahtar kapatıldığı anda yani t=0’da
q(t=0) = 0 kondansatör üzerindeki yük sıfırdır. t = ∞’ da ise; q( t = ∞) = ε C kondansatör
maksimum yüke sahip olur. Bu durumda kondansatör yükünün zamana karşı grafiği
aşağıdaki gibi olur.
Şekil 3. Yükün zamana göre değişimi
τ zaman sabiti kadar süre sonra yük, εC maksimum değerini % 63 ü kadar olur. Yük
maksimum değerine t = ∞ a giderken yaklaşır. Devrenin akımı;
i
dq
dt
i

R
et / 

R
et /RC
şeklinde olur. Burada t = 0 ve t = ∞ için akım değerlerine bakarsak; I(t=0) = ε/R = I0
maksimum akım olur ve I( t = ∞) = 0 elde edilir. Bu durumda akımın zamana göre grafiği şu
şekildedir;
Şekil 4. Akımın zamana göre değişimi
t = 0’ da akım maksimum değerine sahiptir ve t sonsuza yaklaşırken eksponansiyel olarak
sıfıra düşer. Bir τ zaman sabiti sonra, akım ilk değerinin %37’ sine düşer.
Bir kondansatörün boşaltılması
Şekil 5. Kondansatör boşaltma devresi
Başlangıçta yükü q olan bir kondansatör, anahtar kapatıldığı zaman kondansatör
direnç üzerinden boşalmaya başlar. Böyle bir devreye Kirchoff’un 2. kuralını uygulayarak
denklemi yazıp çözersek;
q(t )   Cet / RC
eşitliği elde edilir. Bu eşitliğe göre q( t=0) = εC kondansatör maksimum yüke sahiptir.
q (t = ∞) = 0 kondansatör boşalmıştır. Bu durumda yük akım grafiği şu şekilde olur.
Şekil 6. Yükün zamana göre değişimi
Devreden geçen akımı bulmak için gereken denklem yazılırsa;
I 

R
et / RC  I 0et / RC
. I(t=0)= - ε/R=I0 maksimum akım bulunur. I(t=∞)=0
olur, bunları kullanarak akım zaman grafiği Şekil 7’daki gibi olur.
Şekil 7. Akımın zamana göre değişimi
ARAÇLAR:

Direnç

Kapasitör

Multimetre

Grafik Kağıdı(Milimetrik)

Board

DC Kaynak

Kablolar

Kronometre
DENEYİN YAPILIŞI :
A. KONDANSATÖRÜN DOLMASI
1- Öncelikle kullanacağınız direncin renklerini okuyarak kaydediniz. Kondansatörün
değerini üzerinden okuyarak kaydediniz.
2- Kondansatörün uçlarını bir telle birleştirerek yani kısa devre yaptırarak kondansatörün
boşalmasını sağlayınız. Multimetre ile boşalıp boşalmadığını kontrol edebilirsiniz.
3- Şekil-8’de verilen devreyi kurunuz. C : Kondansatör R: Direnç ε: Güç kaynağı
A:Ampermetre
Şekil 8. Kondansatörün dolma devresi (akımın ölçülmesi)
4- Kondansatörün dolmasını gözlemek için bir kişi ampermetreyi, diğeri de saatin
kronometresini birlikte kontrol edip belirli zaman aralıkları için ampermetre ve
kronometreden veri alacak şekilde hazırlık yapınız.
5- Bu işlemler hazır olduğunda güç kaynağınızı 5V uygulayarak çalıştırınız. Elde ettiğiniz
verileri deney raporundaki ilgili tabloya kaydediniz.
B. KONDANSATÖRÜN BOŞALMASI
1- Birinci kısımda dolan kondansatörü bu kez boşaltmak için şekil-8 deki devreden güç
kaynağını çıkartarak, Şekil-9 de verilen devreyi kurunuz.
Şekil-9 Kondansatörün boşalma devresi (Akımın ölçülmesi)
2- Hazır olduğunuzda S anahtarını kapatarak, deneyin birinci kısmında yapılan işlemler bu
kısım için de yapılacaktır.Belirli zaman aralıkları için ampermetreden ve kronometreden
okunan değerleri deney raporundaki ilgili tabloya kaydediniz.
Adı Soyad:
Tarih:
İmza:
No:
Bölüm:
Fizik 104 Labaratuvarı
Deney 3
Deneyin Adı:
Amaç(5p) :
1- Kapasitör dolarken gözlemlediğiniz i ve vc değerlerini zamanlarına göre tabloya
giriniz.(20p)
R=
C=
t(sn)
i(A)
vc (V)
t(sn)
0
35
3
40
6
45
9
50
12
60
15
70
18
80
21
90
24
100
27
120
30
140
33
160
i(A)
vc (V)
2- i-t ve vc -t grafiklerini çiziniz. τ zaman sonraki değişimi gözlemleyiniz.(20p)
3- Kapasitör boşalırken gözlemlediğiniz I ve Vc değerlerini zamanlarına göre tabloya
giriniz.(20p)
t(sn)
i(A)
vc (V)
t(sn)
0
35
3
40
6
45
9
50
12
60
15
70
18
80
21
90
24
100
27
120
30
140
33
160
i(A)
vc (V)
4- I-t ve V-t grafiklerini çiziniz. τ zaman sonraki değişimi gözlemleyiniz. (20p)
5- Yukarıda yapılan işlemlerde kapasitör dolarken ve boşalırken hangi değerlerde ne gibi
değişiklikler gözlemlediğinizi yorumlayınız. (15p)
SORULAR
1- Kondansatör nedir?Hangi amaçla kullanılır.
2- Sığa (kapasitans) nedir? Birimini de yazarak açıklayınız.
3- Kondansatörün dolma zamanı bağlandığı güç kaynağının emk’sına bağlı mıdır?
4- Zaman sabitinin birimini nedir? Birim analizi yapınız.
5- Sığanın daha çabuk dolması için RC devresinde ne gibi değişiklikler yapılabilir?
6- Sığanın daha çabuk boşalması için RC devresinde ne gibi değişiklikler yapılabilir?
7- Sığa boşalırken sığadan boşalan elektriksel enerjinin zaman bağlı grafiğini çiziniz.
8- Sığa dolarken sığada depolanan elektriksel enerjinin zaman bağlı grafiğini çiziniz.
9- Bu deneyde zaman sabitini bulmak hangi grafikten nasıl bulunabilir? Açıklayınız.
10- Bu deneyde kuracağınız kondansatörün dolma devresini çiziniz.
11- Bu deneyde kuracağınız kondansatörün boşalma devresini çiziniz.
12- Maksimum yükün değeri neye bağlıdır? Maksimum yüke ulaşıldığında akım ne
olur?

Download Report