Kondansatör Kondansatör • Kondansatör elektrik yükünü depolayan elemanlardır ve elektrik devrelerinde görev yaparlar. Buna örnek olarak radyo alıcısında frekans ayarı için kullanılan kondansatörleri verebiliriz. • Kondansatör, iki iletken plaka arasında bunları ayıran bir yalıtkandan meydana gelir. Kondansatörün kapasitans değeri (yani yük depolama sığası) iletken plakaların büyüklüğüne ve dielektrik görevi yapan yalıtkan malzemenin özelliğine bağlı olarak değişir. • Plakalar arasında belirli bir potansiyel farkı (yani gerilim) varsa (örneğin plakaların herbiri pilin bir terminaline bağlanırsa) plakalar üzerinde birbirine zıt yükler eşit miktarda birikir. Yapılan deneyler biriken bu yük miktarının potansiyel farkla orantılı olarak değiştiğini göstermiştir. Kondansatörün kapasitans değeri ile yük ve potansiyel farkı arasındaki ilişki şöyledir: • Potansiyel fark (∆V) arttıkça plakalarda biriken yük miktarı (Q) da artar, fakat ikisinin oranı her zaman sabittir. • Kapasitans birimi Farad olarak belirlenmiştir. Fakat 1 Farada çok büyük bir büyüklük olduğundan genelde mikro, nano ve piko Farad kullanılır. (μF, nF, pF) • Potansiyel farkın sabit olduğu durumda plakaların alanı büyüdükçe daha fazla yük depolanacağından, kapasitans değeri plakaların alanı ile doğru orantılıdır. • Aynı şartlarda kondansatör plakaları birbirlerine yaklaştırılırsa plakalar üzerinde biriken yük artarken, uzaklaştırıldığında azalır. Yani uzaklık ile kapasitans değeri ters orantılıdır. Örnek • Paralel plakalı bir kondansatörün plakalarının alanı A=2x10‐4 m2 olarak verilmiştir. Plakalar arasında uzaklık d=1 mm ise kapasitans değerini bulun? Kondansatörlerin Bağlanması • İki yada daha fazla kondansatör elektrik devresi içinde bir araya getirilebilir. Seri ve paralel bağlantılı kondansatörler için eşdeğer kapasitans hesaplanarak devre üzerinde akım ve gerilim değerleri belirlenir. Paralel Bağlantı • Paralel bağlı kondansatörlerin plakaları arasında aynı potansiyel farkı görülür. Toplam yük ise plakalardaki yüklerin toplamıdır. Seri Bağlantı • Seri bağlı kondansatörlerin plakaları üzerinde aynı yük birikir. Toplam potansiyel farkı ise plakalardaki potansiyel farkların toplamıdır. Örnek • Aşağıdaki devrede eşdeğer kapasitans değerini bulun? Kondansatörde Depolanan Enerji • Yüklü bir kondansatör üzerinde enerji depolanmıştır. Eğer kondansatörün plakaları iletken bir tel ile temas ederse, kondansatör üzerinde depolanan elektrik yükü iletken tel üzerinde elektrik akımı oluşturacak şekilde boşalır yada daha açık bir anlatımla deşarj olur. • Benzer şekilde yüklü bir kondansatöre kaza ile de olsa elle temas edilirse elektrik çarpması meydana gelir. Oluşan şokun etkisi kondansatörün kapasitansı ve kondansatöre uygulanan potansiyel farkına bağlıdır. Bir televizyonun güç kaynağında olduğu gibi yüksek gerilimle bağlantılı bir kondansatör hayati risk oluşturabilir. • Bu sebepten televizyon ve bilgisayar monitörü gibi cihazların içine dokunulacağında elektrik bağlantısı kesilse bile üzerinde yük bulunan kondansatörler sebebiyle dikkatli olunmalıdır. • Başlangıçta yüksüz durumda bulunan bir kondansatör, gerilim kaynağında bağlandığında plakaları üzerinde yük birikmesi durumunda yapılan iş • Kondansatörün yüklenmesi durumunda elde edilen potansiyel enerji Örnek • İki kondansatör birbirlerine ters polaritede ve aynı potansiyel farkına sahip pile bağlanarak yüklenmiştir. Yüklü kondansatörler pilden ayrılıp (a) ile gösterildiği gibi birbirine bağlanmıştır. Daha sonra (b) ile gösterildiği gibi anahtarlar kapatılmıştır. Anahtarlar kapatıldıktan sonra a ve b noktaları arasında potansiyel farkı bulun? Çözüm • Anahtarlar kapatılmadan önce kondansatör plakalarında biriken yük • Burada ikinci kondansatör için (‐) işaret sol plakadaki yükün negatif olmasından kaynaklanır. Sistemdeki toplam yük • Anahtarlar kapatıldıktan sonra sistemde toplam yük miktarı aynı kalacaktır. • Anahtar kapatıldıktan sonra biriken yükler kondansatörlerdeki potansiyel fark aynı olacak şekilde tekrar dağılır. • Yükün bilindiği durumda potansiyel farkı Örnek • Bir önceki örnekte anahtarlar açık ve kapalı olan durumlarda kondansatörlerde depolanan enerjiyi bulun? Son durumdaki toplam enerjinin ilk durumdaki toplam enerjiye oranını bulun? Dielektrik ile Kondansatör • Dielektrik, elektriksel iletkenliği olmayan yani yalıtkan malzemedir. Kondansatörlerin plakaları arasına dielektrik koyulursa kapasitans değeri artar. Eğer plakalar arasındaki boşluk tamamen dielektrik ile doldurulursa kapasitans K (veya εr) çarpanı ile orantılı olarak artar. Malzemelerin bağıl dielektrik sabiti özelliklerine göre değişir. Şekilde görüldüğü gibi dielektrik eklendikten sonra voltmetre ile ölçülen plakalar arasındaki potansiyel farkı ∆V değerine düşer. • Kondansatör üzerindeki yük değişmeyeceğinden gerilim değişimiyle kapasitans değeri değişmelidir. Dielektrik Dayanıklılık • Pratikte plakalar arasındaki uzaklığın en küçük değeri plakaları ayıran dielektrik ortam ile sınırlıdır. Verilen belirli bir uzaklık için deşarja sebep olmadan kondansatöre uygulanabilecek maksimum gerilim değeri dielektrik malzemenin dayanıklılığına (sertliğine) bağlıdır. • Eğer elektrik alanın büyüklüğü dielektrik dayanıklılık değerini aşarsa dielektrik malzemenin yalıtkan özelliği kaybolur ve iletken haline dönüşür. Yalıtkan malzemeler 1’den daha büyük K değerine sahiptir ve dielekktrik dayanıklılığı havadan daha fazladır. • Sonuç olarak dielektrik kullanılırsa kondansatörün kapasitans değeri ve maksimum çalışma gerilimi artar. Dielektrik sabiti Malzeme Dielektrik dayanıklılık Kondansatör Çeşitleri • Ticari kondansatörler çoğunlukla ince metalik yapraklar arasına sarılmış dielektrik malzemeden yapılmıştır. Buna alternatif olarak metalik yaprak ve dielektrik silindir şeklinde de sarılabilir. Yüksek gerilim kondansatörlerde metalik plakalar silikon yağ içerisinde bulunur. Küçük kondansatörler genellikle seramik malzemeden yapılmıştır. Örnek • Paralel plakalı bir kondansatörün plakaları 2cm x 3cm olup 1mm kalınlığında kağıt ile ayrılmıştır. Kondansatörün kapasitansını bulun? Kağıt için • Kondansatör üzerinde tutulacak maksimum yükü bulun? Kağıt için dielektrik dayanıklılık 16x106 V/m • Kondansatörde depolanacak maksimum enerjiyi bulun?