Kondansatör nasıl çalışır ?

Kondansatör, iki iletken plaka arasına dielektrik malzeme yerleştirilmesi ile elde edilen temel elektrik ve elektronik devre elemanıdır. Reaktif güç kontrolü, elektrik yükü depolama gibi özellikleri olan kondansatörler nasıl çalışır? Ayrıntılar yazımızda.

Bu bölümde öncelikle kondansatörün tarihçesinden, kondansatör çeşitlerinden ve kapasite değerlerinin okunmasından bahsedeceğiz.
 

 

Şekil 1: Kondansatör Genel Yapısı

 

 

Kondansatörün Tarihçesi

Kondansatör 1745 yılında, elektrik yükünü depolama çalışmaları yapan Hollandalı fizikçiPieter van Musschenbroek tarafından icat edilmiştir. İlk kondansatör ise iç ve dış kısmı metal folyo ile kaplı, ipek yalıtkan iplerle asılmış, içi su dolu Leyden şişesidir. Bu yüzden, kapasite birimi olarak ilk zamanlarda jar (şişe) kullanılmıştır. 1 jar yaklaşık olarak 1 nanoFarad'a eşittir.

 

 

Şekil 2: İlk Kondansatör Leyden Şişesi

 

Kondansatör 'C' harfi ile sembolize edilir ve birimi Farad'dır. Piyasada sığaç, kapasitör gibi isimlerle de anılmaktadır ve özelliklerine göre birçok sınıflandırma yapılmaktadır. En çok kullanılan sınıflandırma yöntemi ise dielektrik maddeye göre sınıflandırmadır.
 

 

Yalıtkan Malzeme Türüne Göre Kondansatörler

İki iletken plaka arasındaki yalıtkan maddenin seçimindeki en önemli unsur, kondansatörün kullanılacağı devredeki gerilim ve frekans değeridir.

1) Mikalı kondansatörler: Yüksek gerilimli devrelerde kullanılır ve çalışma voltajları 100V-2500V aralığındadır.

2) Seramik kondansatörler: Kapasite değerleri çok küçüktür ve sıcaklık değişimlerinden çok kolay etkilenir. Enerji kayıpları azdır ve bu sayede yüksek frekanslı devrelerde kullanılabilirler.

3) SMD kondansatörler: Çok küçük elektronik devrelerde kullanılmaktadır.

4) Elektrolitik kondansatörler: sıvılı ve kuru tip olmak üzere iki çeşittir. Bu tip kondansatörlerde + ve – kutuplanma mevcuttur ve çalışma voltajlarının üstünde bir gerilime maruz kaldıklarında ısınıp patlayabilirler.

Ayrıca sıvılı tip kondansatörler sadece doğru akım devrelerinde kullanılabilmektedir. Elektrolitik kondansatörlerin piyasada en çok kullanılan çeşitleri alüminyum elektrolitik kondansatör ve tantalum elektrolitik kondansatördür.

Alüminyum elektrolitik kondansatörün, düşük sıcaklıklarda kapasite kaybı eğilimi vardır ve yüksek frekanslarda kullanılamaz.

Tantalum elektrolitik kondansatör, düşük sıcaklıklarda yüksek performans gösterir. Kaçak akımı fazladır.

 

 

Şekil 3: Kondansatör Çeşitlerinin Çalışma Gerilimleri ve Kapasite Değerleri

 

Kutuplarına Göre Kondansatörler

1) Kutupsuz kondansatörler: Kapasiteleri pikoFarad – mikroFarad aralığındadır ve üretim aşamasında kutuplanmıştır. Devreye bağlanma şekli önemli değildir. Seramik ve mika kondansatörler bu grupta yer alır.

2) Kutuplu kondansatörler: Üzerinde + ve – işaret bulunmaktadır. Devreye bağlanma şekli çok önemlidir ters bağlanmaları durumunda bu kondansatörler patlar. Değerlikleri pikoFarad’dan başlar ve çok yüksek değerlere kadar devam eder.
 

Şekil 4: Kutuplarına Göre Kondansatör Çeşitleri




 

Kapasite Değişimine Göre Kondansatörler

Kondansatörler, kapasite değerlerinin değişimine göre sabit değerlikli kondansatör veayarlanabilir kondansatör olmak üzere ikiye ayrılır.
 

 

Şekil 5 : Ayarlanabilir Kondansatörlerin Gösterimi

1) Sabit değerlikli kondansatörler: Üretim aşamasında belirlenen kapasite değerinde sonradan değişiklik yapmak mümkün değildir ve bu nedenle devrede daha sonra ince ayar yapma imkanı yoktur.

2) Ayarlanabilir kondansatörler: Plakaların uzaklaştırılıp yakınlaştırılması ile kapasite değerlerinde değişiklik yapmak mümkündür. Bu kondansatörler varyabl, trimer ve varaktörolmak üzere üç çeşittir. Bunlar arasındaki fark ise plakaların hareket ettirilme yöntemidir.

 

Şekil 6: Dünden Bugüne Kondanstörler

 

Kondansatörlerin Kapasite Değerlerinin Belirlenmesi

Kullanıcı için kondansatördeki en önemli iki değer: kondansatör çalışma gerilimi ve kondansatör kapasite değeridir.

Bazı kondansatörlerin çalışma değerleri üzerinde yazılıdır. Çalışma değerleri yazılı olmayan kondansatörlerde ise rakam ve renk kodları kullanılmaktadır.

Rakam kodlu kondansatörlerde son rakam kadar sıfır, kendisinden önce gelen rakamlara eklenir ve bulunan değer pikoFarad'dır. Örneğin üzerinde 202 yazan bir kondansatörün kapasitesi 2000 pF olarak bulunur.

Eğer rakamlar arasında nokta kullanılmışsa kondansatör üzerinde yazan sayı kapasiteyi mikroFarad olarak verir. Yani kondansatör üzerinde 0.5 yazıyorsa bu kondansatörün kapasitesi 0.5 mikroFarad'dır.

Şekil 7: Rakam Kodlu Kondansatör

 

Özellikle tantulum ve seramik kondansatörlerde renk kodları kullanılmaktadır. Renk kodlamasında her renk bir rakama karşılık gelmektedir. Bu kodlamada 1. ve 2. renkler anlamlı sayı dizisini oluşturur ve bu renklerin karşılık geldiği rakamlar aynen yazılır. Üçüncü renk ise anlamlı ilk iki rakamın yanına kaç tane sıfır ekleneceğini gösterir. Dördüncü renk kondansatörün toleransını yüzde olarak belirtir.
 

Şekil 8: Kondansatör Renk Kodları

Bu bölümde kondansatörün tarihçesinden, kondansatör çeşitlerinden ve değerliklerinin okunmasından bahsettik. Daha sonraki bölümlerimizde kondansatörlerin doğru akım ve alternatif akım analizlerinden, kullanım alanlarından, imalat ve tasarımlarından bahsedeceğiz.

Günlük Hayatımızda Kondansatörler

Kondansatör, iki iletken plaka arasına yalıtkan bir malzeme konulması ile elde edilen devre elemanıdır. Aradaki yalıtkan maddenin görevi ise iletkenler arasında oluşabilecek istenmeyen sıçramaları engellemektir.
 

Resim 1: Kondansatörün İç Yapısı

 

Kondansatör devrelerde frekans ayarlamak, yük depolamak, depoladığı enerjiyi hızlıca serbest bırakmak gibi çeşitli görevler üstlenebilir. Bu görevleri günlük hayatta kullandığımız cihazlardan örnek vererek açıklayalım.

Fotoğraf makineleri, kameralar, cep telefonlarındaki flaşlar ani ve çok kısa süreli olarak ışık verir. Bu cihazlarda kullanılan kondansatörler, depoladıkları enerjiyi pillerin aksine çok hızlı bir şekilde serbest bırakır. Bu özellikleri sayesinde kondansatörlerin flaş tipi uygulamalarda kullanımları çok yaygındır.

Resim 2: Fotoğraf Makinesindeki Flaş Uygulamasındaki Kondansatörler

 

Radyo dinlerken, başka bir radyo kanalına geçmek istediğimizde frekans değişimi yaparız. Bu uygulamalarda ise ayarlanabilir kondansatörler kullanılır. İlk bölümde bahsettiğimiz bu modelde iletken levhalar arasındaki uzaklık değişimi frekans değişimini sağlar.

 

Resim 3: Radyolarda Frekans Değiştirmek İle Görevli Kondansatörler

 

Laptop şarj cihazımızın fişini çektiğimizde adaptörün ışığı bir süre daha yanmaya devam eder. Işığın sönmesine kadar geçen süre kondansatörün boşalma süresidir.

 

Doğadaki Dev Kondansatörler: Yıldırımlar

Elektrik devrelerinde kullandığımız kondansatörler küçüktür fakat bazı durumlarda etkisi çok büyük olabilir. Yıldırımlar, doğadaki kondansatörlere en iyi örnek olarak gösterilebilir.
 

 

Resim 4: Doğadaki Dev Kondansatörler Yıldırımlar

Yıldırımlar, bulutlar ile yeryüzü arasında oluşan bir şimşek türüdür. Şimşek çakması esnasında yeryüzünde pozitif yükler birikir ve negatif yükler bulutların altında toplanır. Gerilimin artması ile yeryüzü ve bulut arasında aynı kondansatörün levhaları arasında olduğu gibi bir elektrik boşalması olur.

 

Kondansatörün Akım-Gerilim Değişimi

Kondansatörü güç kaynağınıa bağladığımızda akım tüm devre boyunca akar ve kondansatörün iletken plakalarında + ve –yük birikimi olur. Güç kaynağı devreden kaldırıldığında elektrik alan yok olmaz ve kondansatör elektrik enerjisi depolamış olur. Bu durum için beklenmedik bir olgu diyebiliriz. Aynı laptop şarj cihazı örneğinde olduğu gibi.
 

 

Resim 5: Kondansatör Ve Pil

 

Çalışma konusunda biraz daha ayrıntıya inerek kondansatörlerin doğru akım ve alternatif akım altındaki davranışlarından bahsedelim.

 

►Kondansatörün DC Kaynağa Bağlı Olması Durumu

Kondansatör DC kaynağa bağlandığında devreden logaritmik olarak azalan bir Ic akımı geçer. Bu durumda kondansatör üzerindeki Vc gerilimi artmaya başlar. Buna kondansatörün dolması denir. Kondansatör dolana kadar devreden sadece sızıntı akımı geçer.

Kondansatör dolduktan sonra Ic akımı artmaya,  Vc gerilimi azalmaya başlar ve bu duruma kondansatörün boşalması denir.

Resim 6: DC Kaynağa Bağlı Kondansatörün Dolup-Boşalma Grafiği

Kondansatör dolana kadar iletim, boşalana kadar ise yalıtımdaymış gibi davranır.

 

►Kondansatörün AC Kaynağa Bağlı Olması Durumu

 

Kondansatör AC kaynağa bağlandığı zaman, DC devrede açıklanan olayın iki yönlü olarak gerçekleştiği gözlemlenir. AC devrelerinde kondansatörler, akım akışına karşı engel olmaz ancak bir direnç gösterir. Bu dirence kapasitif reaktans denir ve Xc ile gösterilir.
 

Resim 7: AC Kaynağa Bağlı Kondansatörün Gerilim Değişimi İle Dolup-Boşalma Grafiği

 

Kondansatörler gerilime duyarlıdır ve gerilim grafiklerinde sıçramalar olmaz. Ancak akım grafiklerinde sıçramalar yaşanabilir.

Kondansatörlü devrelere müdahele ederken kondansatörün yüksüz olduğundan emin olunmalıdır. Aksi durumlarda çarpılma riski ortaya çıkabilmektedir.

Anfili Mikrofon İle Hoparlöre Ses Verme

Merhaba Arkadaşlar yararlı olacağını düşündüğüm bir konuyu anlatacağım anfili mikrofon ile hoparlöre ses vermek çok basit bununla bir odayı dinleyebilir veya yaptığınız Fm vericiler ile ortamı dinleyebilirsiniz...

Malzeme Listemiz:
Kamera Mikrofonu(CCTV ses kartı diye bulabilirsiniz.)
9v Pil
Stereo Jack
Malzemelerimizin toplam fiyatı:10 Tl tutuyor yaklaşık olarak...

Devre Şeması:

Şema anlaşılsın diye böyle yapma gereği duydum bu kadar basit arkadaşlar artık sesiniz Hoparlör den gelecektir.

Elektrik Nedir ?

Elektrik Dersleri, elektriğin temel konularından başlayarak çeşitli uzmanlık alanları hakkında bilgiler veren bir yazı dizisi olacaktır. Birçok öğrenci için elektriğin temel esaslarının anlaşılması ve mesleki konulara uygulanması zordur. Profesyoneller ise zaman zaman bilgilerini tazelemek ihtiyacı hissederler. Elektrikport bu açığı kapayarak elektrik sektörü için yepyeni ve kaliteli bir kaynak oluşturacaktır.

YÜK

Elektrik yükü; kütle, uzunluk, zaman ve sıcaklık gibi, fiziksel dünyanın temel ölçülerinden biridir. Diğerlerinin aksine elektrik yükü, fiziksel olarak doğrudan algılayamadığımız bir büyüklüktür. Dışarıdan baktığımızda bir cismin kütlesi, boyutları ve sıcaklığı hakkında bir fikir yürütebilmemize rağmen o cismin yükü hakkında bir şey söyleyebilmemiz çok zordur.

Birçok ticari ürün, elektrik yüklerinin birbirini çekmesi etkisini kullanır. Örneğin birçok kontakt lensin plastik maddesi (etafilkon), gözyaşındaki protein moleküllerini elektriksel olarak kendine çeken moleküllerden oluşur. Bu sayede lens, yabancı bir cisim olarak algılanmaz, böylece rahatça kullanılabilir. Kozmetik makyaj malzemelerinde ve hatta sanayide elektrostatik boyama işlemlerinde bu esas kullanılır.

Maddeyi oluşturan atom; (+) yüklü protonlar, (-) yüklü elektronlar, yüksüz nötronlar ve diğer atomaltı parçacıklardan oluşur. Protonlar atomun çekirdeğinde nötronlarla beraber bulunur ve sabittir. Elektronlar ise atomun çevresinde belirli yörüngelerde, çekirdek ile aralarındaki elektromanyetik bir dengede dönmektedirler.

Atomun çekirdeğine daha yakın olan elektronlar, çekirdeğe daha kuvvetli bir bağ ile bağlıdırlar. Atomun en dış yörüngesindeki elektronlar ise çekirdeğe en az kuvvet ile bağlıdırlar. Maddenin fiziksel özelliklerini bu en dış yörüngedeki elektronlar belirler. En dış yörüngedeki bu elektronlara valans elektronları adı verilir.

Normal koşullarda bir atomda elektron ve proton sayıları birbirine eşittir. Böyle atomlara nötr atomlardenir. Ancak valans elektronları başka atomlarla etkileşime geçerek bağlı bulundukları atomdan kopabilir ve başka bir atoma eklenebilir. Bir atom elektron kaybettiğinde o atomdaki proton sayısı elektron sayısından fazla olacağından o atom pozitif yüklü olur. Bir atom elektron kazandığında ise negatif yüklü hale gelir. Pozitif veya negatif yüklü atomlara iyon adı verilir. Bu model, bir maddenin neden hiçbir elektriksel özellik taşımadığını veya hangi şartlar halinde yüklü duruma geçebileceğini açıklar.

Elektrik yükü Q (veya q) ile gösterilir. Birimi coulomb (C)'dur. 1 coulumb, 624x 1016 adet elektron veya proton yüküne eşittir. Bir elektron veya protonun yükü en küçük (elemanter) yük olup 1,6x10-19 coulomb'dur. 

COULOMB KANUNU

Elektrik yüklerinin birbirileri ile olan etkileşimleri, Coulomb kanunu ile açıklanır. Coulomb kanunu, aşağıdaki gibi ifade edilir: 

F: Yükler arasındaki kuvvet [newton]

Q1, Q2: Elektrik yükleri [coulumb]

r: Yüklerin arasındaki uzaklık [metre]

k: yüklerin bulunduğu ortama ve kullanılan birim sistemine bağlı bir katsayıdır. Aşağıdaki gibi hesaplanır: 

Burada ε0, boşluğun dielektrik katsayısı adını alır ve değeri; 

εr ise ortamın bağıl dielektrik katsayıdır. εr katsayısı, birimsiz bir büyüklük olup bir ortamın dielektrik katsayısının boşluğunkinden ne kadar büyük olduğunu gösterir.

Bu bağıntılara göre elektrik yüklerinin davranışı aşağıdaki gibi özetlenebilir: 

►Elektrik yükleri arasında bir kuvvet vardır.
►İki çeşit yük vardır. Aynı yükler birbirini iter, farklı yükler birbirini çeker.
►Yükler üzerindeki kuvvet, yükleri birleştiren çizgi doğrultusundadır.
►İki yük arasındaki kuvvet, aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır.
►İki yük arasındaki kuvvet, yüklerin büyüklüklerinin çarpımı ile doğru orantılıdır.
►Yükler arasındaki kuvvet, yüklerin bulunduğu ortama bağlıdır. 

Yüklerin birbirlerini itme ve çekme özelliklerinin yanında bir başka özellikleri de bulundukları ortama 'homojen olarak yayılma' özellikleridir. Pozitif ve negatif yükler doğaları gereği birbirlerini nötrleme eğilimindedirler. Birbirinden farklı iki noktadan birinde negatif yüklerin miktarı artmış ise, bu iki nokta arasında yük miktarı açısından 'potansiyel bir fark' oluşmuş demektir. Potansiyel fark, bir sonraki yazımızın konusudur.