Elektrik mühendisliği ve elektronikte dirençlerin yanı sıra başka pasif bileşenler de vardır. Bunlardan biri kapasitör. Kondansatörler neredeyse tüm modern cihazlarda kullanılmaktadır: subwoofer'lar, elektrik motorları, arabalar, pompalar, elektrikli aletler, klimalar, buzdolapları, cep telefonları, besleme kaynaklarındaki filtrelerde, enerji depolamada, reaktif güç kompansatörleri olarak ve ayrıca diğer alanlarda da kullanılır. . Bu yazımızda kapasitörün nasıl çalıştığına ve genel olarak ne olduğuna bakacağız.
Kondansatör, elektrik yükünü depolayabilen bir cihazdır.
Akümülatör pilleri de aynı işlevi yerine getirir ancak bundan farklı olarak kapasitör, biriken şarjın tamamını anında aktarabilir.
Kondansatörün çalışma prensibi
Kapasitörün çalışma prensibini daha iyi anlamak için yapısına bakalım. İdeal bir kapasitör, bir dielektrikle ayrılmış iki iletken plakadan oluşur.
Yük plakalar üzerinde toplanır ancak dielektrik yalıtkan özelliğe sahip olduğundan yani elektriği iletmeyen bir malzeme olduğundan plakaların arasından geçemez. Bu iki plakaya kaplama denir. Kapaklar kural olarak aynı geometrik boyutlara (kare, dikdörtgen, daire) sahiptir ve yüzeyleri de eşittir.
Plakalar alüminyum, bakır veya değerli metallerden yapılmıştır. Plakalarda değerli metallerin varlığı, radyo pazarlarında bu radyo elektronik elemanının Sovyet örnekleri, alıcılar oldukça fazla bulunuyor. Plakalar arasında dielektrik olarak kuru kağıt, seramik, porselen, polipropilen, cam, polistiren, organik sentetik film, emaye, titanit, baryum hava ve diğer çeşitli oksit malzemeler kullanılır.
Anlaşılmasını kolaylaştırmak için modeline bir göz atalım. En basit kapasitör, bir dielektrikle ayrılmış iki metal plakadan oluşur. Plakalar arasındaki hava boşluğu dielektrik görevi görebilir. Böyle bir cihazın modeli şekilde gösterilmiştir.
Gördüğünüz gibi kapasitör dielektrik nedeniyle akımı iletemez. Ancak bu yalnızca doğru akım için geçerlidir. Bir kapasitör, alternatif akımı küçük bir dirençle sorunsuz bir şekilde iletir.
Bir kapasitörün iki ana özelliği vardır. Kapasite ve çalışma voltajı.
Kapasitör kapasitesi
Elektrik ücretleri. İki tür yük olduğunu biliyoruz: pozitif yük ve negatif yük. Aynı yüklerin birbirini ittiği yani birbirinden uzaklaştığı, farklı yüklerin ise birbirini çektiği bilinmektedir.
Basit kapasitör modeline tekrar bakalım.
Bir kondansatörü tek bir sabit akım kaynağına bağlarsak onu şarj ederiz. Bu sırada kaynağın artı tarafından gelen pozitif yükler bir plakaya, eksi tarafından gelen negatif yükler ise diğer plakaya yerleştirilir.
En ilginç olanı ise pozitif yüklerin miktarının negatif yüklerin miktarına eşit olmasıdır. DC kaynağının bağlantısını kessek bile kondansatörümüz şarjlı kalacaktır.
Bu neden oluyor?
Birincisi, yükün akmasının hiçbir yolu yoktur. Ancak yine de zamanla deşarj olacaktır. Dielektrik malzemesine bağlıdır.
İkincisi, yüklerin etkileşimi vardır. Pozitif yükler negatif yükleri çeker ancak dielektrik tarafından engellendiği için birbirlerine katılamazlar, çünkü dielektrikler elektriği iletmezler. Bu sırada kapasitörün plakaları arasında kapasitörün enerjisini toplayan bir elektrik alanı oluşur. Kapasitör şarj edildiğinde plakalar arasındaki elektrik alanı güçlenir. Buna bağlı olarak kapasitörün yükü ayrıldığında elektrik alanı da zayıflar. Bir kapasitöre ne kadar yük sığdırabiliriz? Kapasitör kapasitansı kavramının devreye girdiği yer burasıdır.
Kapasite nedir?
Bir kapasitörün kapasitesi, plakaları üzerinde elektrik alanı şeklinde yük depolayabilme yeteneğidir. Kapasitans sadece kapasitörde olamaz. Örneğin bir şişenin kapasitesi 1 litre veya bir gaz tankının kapasitesi 50 litre vb. 1 litrelik bir şişeye, şişenin tasarlandığı miktardan daha fazlasını sığdıramayız, değil mi? Aksi takdirde kalan sıvı şişeye sığmayacak ve dışarı dökülecektir.
Aynı şey kapasitörde de olur. Tasarlandığından daha fazla ücret talep edemeyiz. Eğer bunun için değilse, daha fazlasını toplayamayız. Buna göre kapasitörün kapasitesi aşağıdaki formülle ifade edilir:
Burada
C kapasitanstır, Farad
Q, kapasitör plakalarından birindeki yük miktarıdır, Coulomb
U plakalar arasındaki voltajdır, Volt
Dolayısıyla kapasitör plakaları arasındaki voltaj 1 Volt ise 1 Farad 1 Coulomb yük deposudur. Veya başka bir deyişle, bir faradlık bir kapasitör, eğer bir coulomb yüke sahipse, bir volt voltaj verecektir. Kapasitans yalnızca pozitif değerler alabilir. Kondansatörlerin pozitif kapasitansı vardır; yani uygulanan voltaj ne kadar büyük olursa, depolanan yük de o kadar büyük olur.
Bir kapasitörün depolayabileceği yük miktarına 'kapasitans' denir. Bu değer farad cinsinden ölçülür. Kapasitans birimine farad (F) denir. 1 Farad değeri çok büyüktür. Bu nedenle pratikte mikrofaradların, nanofaradların ve pikofaradların çoklu değerleri sıklıkla kullanılmaktadır.
mikrofarad (1F = 1000 000 μF),
nanofarad (1F= 1000 000 000 nF),
pikofarad (1F = 1000 000 000 000 pkF)
Kapasitörün maksimum çalışma voltajı.
Tüm kapasitörlerin kendilerine sağlanabilecek bir voltaj sınırı vardır. Gerçek şu ki, dielektrik sızıntısı meydana gelebilir ve kapasitör arızalanır. Çoğu zaman bu voltaj kapasitör kasasının üzerine yazılır. Örneğin, bir elektrolitik kapasitörde.
Çizimlerde, sabit kapasiteye sahip bir kapasitör iki paralel çizgiyle - plakalarla gösterilmektedir. "C" harfiyle işaretlenmiştir.
Diyagramlarda harfin yanında elemanın seri numarası ve kapasitans değeri μF veya pF yazılır. Alternatif kapasitörlerde, üzerinde ok bulunan çapraz bir çizgi paralel çizgilerin üzerinden geçer.
Polar kapasitörlerin tanımlanmasında pozitif plaka + işaretiyle gösterilir.
Kondenser işaretlemesi.
Bir kondansatörü işaretlerken, türüne bakılmaksızın kesinlikle iki parametre vardır - kapasite ve nominal voltaj. Şu anda, kapasitörler yaygın olarak sayısal bir kodla işaretlenmektedir. Üç veya dört sayı kullanıyorlar. Kısaca, üç haneli bir kod tanımında: Soldaki ilk iki hane, pikofarad cinsinden kapasitans değerini gösterir. Sağdaki sayı, soldaki sayılara kaç sıfır eklenmesi gerektiğini gösterir. Ve sonuç pikofarad cinsindendir. Örnek: kod işareti 154 = 15x104 pF.
Gördüğünüz gibi kapasitör dielektrik nedeniyle akımı iletemez. Ancak bu yalnızca doğru akım için geçerlidir. Bir kapasitör, alternatif akımı küçük bir dirençle sorunsuz bir şekilde iletir.
Devrede değişken ve sabit kondansatör.
Kondansatörün plakaları arasında dielektrik bulunması nedeniyle elektrik akımı bir plakadan diğerine geçemez, dolayısıyla doğru ve alternatif akım için bağlantısız bir elektrik devresi oluşur. Dolayısıyla kapasitörün sabit akım iletmediğini güvenle söyleyebiliriz! Ayrıca, hiçbir alternatif akım akmaz, ancak alternatif akım kondansatörü sürekli olarak boşaltır ve alternatif akımın kondansatör plakalarından aktığı izlenimini yaratır.
Aslında alternatif akımımızda akımın yönünün saniyede 50 Hz frekansta değişmesi nedeniyle kondansatörün her iki plakası da boşalmaktadır. Bu nedenle akım kapasitörden akar. Yüksüz bir kapasitörün plakalarına sabit bir voltaj uygulanırsa, devreden bir elektrik akımı akacaktır. Kapasitör şarj olurken akım azalır ve plakalar ile kaynak arasındaki voltajlar eşitse akım tamamen durur; tıpkı bir elektrik devresindeki kesinti gibi.
Kondansatör, elektrik yükünü depolayabilen bir cihazdır.
Akümülatör pilleri de aynı işlevi yerine getirir ancak bundan farklı olarak kapasitör, biriken şarjın tamamını anında aktarabilir.
Kondansatörün çalışma prensibi
Kapasitörün çalışma prensibini daha iyi anlamak için yapısına bakalım. İdeal bir kapasitör, bir dielektrikle ayrılmış iki iletken plakadan oluşur.
Yük plakalar üzerinde toplanır ancak dielektrik yalıtkan özelliğe sahip olduğundan yani elektriği iletmeyen bir malzeme olduğundan plakaların arasından geçemez. Bu iki plakaya kaplama denir. Kapaklar kural olarak aynı geometrik boyutlara (kare, dikdörtgen, daire) sahiptir ve yüzeyleri de eşittir.
Plakalar alüminyum, bakır veya değerli metallerden yapılmıştır. Plakalarda değerli metallerin varlığı, radyo pazarlarında bu radyo elektronik elemanının Sovyet örnekleri, alıcılar oldukça fazla bulunuyor. Plakalar arasında dielektrik olarak kuru kağıt, seramik, porselen, polipropilen, cam, polistiren, organik sentetik film, emaye, titanit, baryum hava ve diğer çeşitli oksit malzemeler kullanılır.
Anlaşılmasını kolaylaştırmak için modeline bir göz atalım. En basit kapasitör, bir dielektrikle ayrılmış iki metal plakadan oluşur. Plakalar arasındaki hava boşluğu dielektrik görevi görebilir. Böyle bir cihazın modeli şekilde gösterilmiştir.
Gördüğünüz gibi kapasitör dielektrik nedeniyle akımı iletemez. Ancak bu yalnızca doğru akım için geçerlidir. Bir kapasitör, alternatif akımı küçük bir dirençle sorunsuz bir şekilde iletir.
Bir kapasitörün iki ana özelliği vardır. Kapasite ve çalışma voltajı.
Kapasitör kapasitesi
Elektrik ücretleri. İki tür yük olduğunu biliyoruz: pozitif yük ve negatif yük. Aynı yüklerin birbirini ittiği yani birbirinden uzaklaştığı, farklı yüklerin ise birbirini çektiği bilinmektedir.
Basit kapasitör modeline tekrar bakalım.
Bir kondansatörü tek bir sabit akım kaynağına bağlarsak onu şarj ederiz. Bu sırada kaynağın artı tarafından gelen pozitif yükler bir plakaya, eksi tarafından gelen negatif yükler ise diğer plakaya yerleştirilir.
En ilginç olanı ise pozitif yüklerin miktarının negatif yüklerin miktarına eşit olmasıdır. DC kaynağının bağlantısını kessek bile kondansatörümüz şarjlı kalacaktır.
Bu neden oluyor?
Birincisi, yükün akmasının hiçbir yolu yoktur. Ancak yine de zamanla deşarj olacaktır. Dielektrik malzemesine bağlıdır.
İkincisi, yüklerin etkileşimi vardır. Pozitif yükler negatif yükleri çeker ancak dielektrik tarafından engellendiği için birbirlerine katılamazlar, çünkü dielektrikler elektriği iletmezler. Bu sırada kapasitörün plakaları arasında kapasitörün enerjisini toplayan bir elektrik alanı oluşur. Kapasitör şarj edildiğinde plakalar arasındaki elektrik alanı güçlenir. Buna bağlı olarak kapasitörün yükü ayrıldığında elektrik alanı da zayıflar. Bir kapasitöre ne kadar yük sığdırabiliriz? Kapasitör kapasitansı kavramının devreye girdiği yer burasıdır.
Kapasite nedir?
Bir kapasitörün kapasitesi, plakaları üzerinde elektrik alanı şeklinde yük depolayabilme yeteneğidir. Kapasitans sadece kapasitörde olamaz. Örneğin bir şişenin kapasitesi 1 litre veya bir gaz tankının kapasitesi 50 litre vb. 1 litrelik bir şişeye, şişenin tasarlandığı miktardan daha fazlasını sığdıramayız, değil mi? Aksi takdirde kalan sıvı şişeye sığmayacak ve dışarı dökülecektir.
Aynı şey kapasitörde de olur. Tasarlandığından daha fazla ücret talep edemeyiz. Eğer bunun için değilse, daha fazlasını toplayamayız. Buna göre kapasitörün kapasitesi aşağıdaki formülle ifade edilir:
Burada
C kapasitanstır, Farad
Q, kapasitör plakalarından birindeki yük miktarıdır, Coulomb
U plakalar arasındaki voltajdır, Volt
Dolayısıyla kapasitör plakaları arasındaki voltaj 1 Volt ise 1 Farad 1 Coulomb yük deposudur. Veya başka bir deyişle, bir faradlık bir kapasitör, eğer bir coulomb yüke sahipse, bir volt voltaj verecektir. Kapasitans yalnızca pozitif değerler alabilir. Kondansatörlerin pozitif kapasitansı vardır; yani uygulanan voltaj ne kadar büyük olursa, depolanan yük de o kadar büyük olur.
Bir kapasitörün depolayabileceği yük miktarına 'kapasitans' denir. Bu değer farad cinsinden ölçülür. Kapasitans birimine farad (F) denir. 1 Farad değeri çok büyüktür. Bu nedenle pratikte mikrofaradların, nanofaradların ve pikofaradların çoklu değerleri sıklıkla kullanılmaktadır.
mikrofarad (1F = 1000 000 μF),
nanofarad (1F= 1000 000 000 nF),
pikofarad (1F = 1000 000 000 000 pkF)
Kapasitörün maksimum çalışma voltajı.
Tüm kapasitörlerin kendilerine sağlanabilecek bir voltaj sınırı vardır. Gerçek şu ki, dielektrik sızıntısı meydana gelebilir ve kapasitör arızalanır. Çoğu zaman bu voltaj kapasitör kasasının üzerine yazılır. Örneğin, bir elektrolitik kapasitörde.
DC devresinde kullanılan kapasitörlerin polaritesi mutlaka mahfaza üzerinde işaretlenmiştir, negatif elektrot beyaz renkte "-" ile işaretlenmiştir.
Eski kapasitörlerde ise kasanın pozitif elektrodunun yanında "+" işareti yazılıdır.
Şemadaki kapasitörlerin tanımı.Çizimlerde, sabit kapasiteye sahip bir kapasitör iki paralel çizgiyle - plakalarla gösterilmektedir. "C" harfiyle işaretlenmiştir.
Diyagramlarda harfin yanında elemanın seri numarası ve kapasitans değeri μF veya pF yazılır. Alternatif kapasitörlerde, üzerinde ok bulunan çapraz bir çizgi paralel çizgilerin üzerinden geçer.
Polar kapasitörlerin tanımlanmasında pozitif plaka + işaretiyle gösterilir.
Kondenser işaretlemesi.
Bir kondansatörü işaretlerken, türüne bakılmaksızın kesinlikle iki parametre vardır - kapasite ve nominal voltaj. Şu anda, kapasitörler yaygın olarak sayısal bir kodla işaretlenmektedir. Üç veya dört sayı kullanıyorlar. Kısaca, üç haneli bir kod tanımında: Soldaki ilk iki hane, pikofarad cinsinden kapasitans değerini gösterir. Sağdaki sayı, soldaki sayılara kaç sıfır eklenmesi gerektiğini gösterir. Ve sonuç pikofarad cinsindendir. Örnek: kod işareti 154 = 15x104 pF.
Gördüğünüz gibi kapasitör dielektrik nedeniyle akımı iletemez. Ancak bu yalnızca doğru akım için geçerlidir. Bir kapasitör, alternatif akımı küçük bir dirençle sorunsuz bir şekilde iletir.
Devrede değişken ve sabit kondansatör.
Kondansatörün plakaları arasında dielektrik bulunması nedeniyle elektrik akımı bir plakadan diğerine geçemez, dolayısıyla doğru ve alternatif akım için bağlantısız bir elektrik devresi oluşur. Dolayısıyla kapasitörün sabit akım iletmediğini güvenle söyleyebiliriz! Ayrıca, hiçbir alternatif akım akmaz, ancak alternatif akım kondansatörü sürekli olarak boşaltır ve alternatif akımın kondansatör plakalarından aktığı izlenimini yaratır.
Aslında alternatif akımımızda akımın yönünün saniyede 50 Hz frekansta değişmesi nedeniyle kondansatörün her iki plakası da boşalmaktadır. Bu nedenle akım kapasitörden akar. Yüksüz bir kapasitörün plakalarına sabit bir voltaj uygulanırsa, devreden bir elektrik akımı akacaktır. Kapasitör şarj olurken akım azalır ve plakalar ile kaynak arasındaki voltajlar eşitse akım tamamen durur; tıpkı bir elektrik devresindeki kesinti gibi.