Esas olarak bir kondansatör ( kapasite – kapasitör ) iki metal plaka ve bu plakalar arasında dielektrik diye anılan bir yalıtkan maddeden oluşmuştur. (Şekil – 1)
Şekil – 2’de görülen devre modelinde bir kondansatör, devredeki komitatör şalteri ile doğru akım üreten bir gerilim kaynağına (G) bağlanabilecek durumdadır. Kondansatöre seri olarak ibresi skala ortasında duran bir mikroampermetre (A) bağlıdır.
Doğru Akım Devresinde Kondansatör
Komütatör şalteri önce şarj yönünde çevrilip, akım devresi kapatıldığında, mikroampermetre ibresinin kısa bir süre saptığı ve sonra sıfıra döndüğü görülecektir. Şayet komitatör bu durumda deşarj yönüne çevrilir ise, bu kez ibrenin aksi yöne saptığı ve yine sıfıra döndüğü izlenecektir.
Kondansatörün şarj anında kısa bir süre şarj akımı geçer. Bu sürenin bitiminde kondansatör doğru akımı geçirmez.
Kondansatörler doğru akımı engellerler.
Şarj anında gerilim kaynağı bir emme basma tulumba gibi çalışarak bir plakadan elektronları emer ve bunları diğer plakaya pompalar. Bu nedenle bir plakada elektron azlığı, diğer plakada elektron fazlalığı ortaya çıkar. Bunun sonucu plakalar arasında uygulanan gerilimin aksi yönünde bir gerilim oluşur. Bu gerilim nedeni ile deşarj anında kondansatörden şarj akımının aksi yönünde bir deşarj akımı ya da dengeleme akımı akar.
Kondansatörler elektrik yüklerini depolarlar.
Bir kondansatörün elektrik yükü – depolama niteliği Elektriksel Kapasite (C) olarak bilinir. Kapasitenin birimi Farad‘tır. (F) (Farad = bir İngiliz fizikçi). Farad birimi çok büyük olduğundan uygulamada yalnız azkatları kullanılır. Bunlar mikrofarad (1x F = 10 F), nanofarad (InF = 10-F) ve pikofarad‘dır. (1pF = 10-F).
Şekil – 2 için anılan sınama bu kez, önce iki misli gerilim uygulayarak ve sonra iki misli kapasitede başka bir kondansatör koyarak tekrarlandığında ampermetre sapışının ikişer misli daha büyüdüğü görülecektir.
Kondansatörün kapasitesi ve uygulanan gerilim ne denli büyük olursa depolanan elektrik yükü o değin büyük olur.
Q=Yük (C)
C = Kapasite (F)
U = Gerilim (V)
Q = C. U
Elektrik yükünün birimi Coulomb’dur (= bir Fransız mühendisi) (C) Ancak uygulamada Amper saniye (As) birimi de kullanılır.
1 Coulomb = 1 Amper saniye
Örnek: Kapasitesi 50 µF olan bir kondansatörun plakaları arasında 220 V luk bir doğru gerilim ölçülmüştür. Plakalara depolanan Elektrik yükünü bulunuz.
Q=C.U = 50 . 10-6 . 220 = 0,011 As
Kapasitenin Hesabı
Kondansatörlerin kapasitesini ölçen aletlere Kapasitörmetre denir. Böyle bir ölçü aletiyle örneğin iki levha karşı karşı getirilerek:
a-) Levha yüzeyleri büyültülmek,
b-) Levhalar birbirine yaklaştırılmak,
c-) ve levhalar arasına çeşitli yalıtkan maddeler sokulmak suretiyle le ölçümler yapılmıştır.
Elde edilen sonuçlara göre a-), b) ve c-) de sıralanan ögelerin kondansatörün kapasitesi üzerine tek tek etki ettiği saptanmıştır. Nitekim levhada plaka yüzeylerinin büyütülmesi, transfer edilen elektronlara daha büyük yerleşme yüzeyi sağlar. Plakalar arası uzaklık küçüldükçe plakalar üstündeki farklı yükler daha çok birbirini çekerler. Bundan dolayı uygulanmış gerilim daha çok sayıda elektrik yükünü kondansatör içine sürükleyecektir. Yalıtkan maddenin türüne göre kapasite değişimi şekil-3 yardımıyla daha kolay anlaşılabilir. Buna göre dielektrik in molekülleri kondansatör plakaları arasında oluşan bir elektrik alanı içinde bulunurlar. Bir dielektrik molekülünün, yapısı, molekülün bir yanında pozitif yükler, diğer yanında negatif yükler ağır basacak şekildedir. Bu yapıda bir molekül moleküler dipol olarak tanımlanır. (Şekil – 3)
Elektrik alanı içinde moleküler dipoller birbirini hizalarlar. Bu oluşum dielektriki Polarizasyon ya da tesirli elektriklenme olarak anılır.
Bu polarizasyon nedeni ile yalıtkan maddenin cinsine göre kondansatör plakalarında bulunan elektrik yüklerinin belirli bir miktarı nötr durumuna geçer. Bundan dolayı kondansatör plakaları, plakalar arasındaki eski gerilim durumuna erişilinceye kadar, daha çok sayıda elektrik yükünü kabul edebilecektir. Daha çok sayıda elektrik yükünün kabul edilmesi kapasitenin büyümesi sonucunu getirir
Dielektrik Katsayısı
Bir kondansatörün plâkaları arasında hava yerine başka bir yalıtkan maddenin kullanılmasıyla, kapasitenin ne kadar büyüyeceğini veren sayı o yalıtkan maddenin Dielektrik katsayısı (εr = epsilon) olarak anılır. (Tablo – 1)
Bir kondansatörde plaka yüzeyleri ile dielektrik katsayısı ne denli büyük ve plakalar arası uzaklık ne denli küçük olursa, kapasitesi o denli büyük olur.
C=0.0885. εr . A/d
C = Kapasite (pF)
A = Plaka yüzeyi (cm)
d=Plakalar arası uzaklık (cm)
εr = Dielektrik katsayısı
Formülde görülen 0,0885 katsayısı elektrik alan sabitesidir (s.)
Örnek: Bir kondansatörde karşılıklı plakaların birbirini gören yüzeyi 30 cm2’dir. Plakalar arası uzaklık 0,5 mm olduğuna göre, dielektrik a-) hava, b-) Fiber olduğu takdirde, bu kondansatörün kapasitesini hesaplayınız
Çözüm:
a-) C = 0,0885 . 1 . 30 / 0,05 = 53 pF
b-) C = 0,0885 . 4 . 30 / 0,05 = 212 pF
Zaman sabitesi
Şekil – 2 için anılan deney bu kez Şekil – 4’de görüldüğü gibi, kondansatöre bir direnç seri bağlanıp tekrarlanmıştır. Seri direncin değeri büyütüldükçe ampermetre ibresinin şarj anında daha yavaş ve daha uzun süre saptığı izlenecektir. Kondansatör kapasitesinin büyütmesiyle de aynı sonucun ortaya çıktığı görülecektir.
Bir kondansatörde, kapasiteye ve ön direncine bağlı olarak şarj zaman süresinin ölçüsü zaman sabitesidir. τ (tau)
Bir kondansatörün uygulanan gerilimin %63’ne şarj edebilmesi için ne kadar süre gereksindiğini zaman sabitesi verir.
τ = Zaman sabitesi
C = Kapasite
R = Direnç
τ = C . R
Her kondansatör 5. τ süre sonra uygulanan gerilime yaklaşık tam şarj olur. (Şekil – 4)
Örnek: Kapasitesi 10 µF olan bir kondansatöre 100 kΩ luk bir direnç seri bağlanmıştır. Kondansatörün tam şarj olabilmesi için geçecek süre nedir.
Çözüm : Şarj zamanı 5 . τ = 5. C . R. = 5 . 10 . 10-6 . 100000 = 5 saniye
