Devre Analizi Laboratuvarı Dersi 5. Ünite Sorularla Öğrenelim

Kondansatör nedir?

Kondansatörler elektrik yükü depolayabilen aygıtlardır. Pratik bir kondansatör, bir izolasyon tabakası ile birbirinden ayrılmış iki iletken plaka veya elektrottan meydana gelir. Kondansatörler doğru akım (dc) devrelerinde enerji depolamak amacı ile kullanılırlar. DC güç kaynağına bağlı olan bir kondansatörün belirli bir zaman sonra bağlantısı kesildiğinde, kondansatörün yüklenmiş olduğu söylenir ve artık plakaları arasında bir voltaj farkı vardır. Bu durumdaki kondansatör bir pile benzemektedir. Kondansatörler 18. yüzyılda icat edilmiş ve günümüz teknolojisinin ilerlemesinde büyük önemi olan elektrikelektronik devrelerinin vazgeçilmez elemanlarından birisidir.

Kondansatör çeşitleri nelerdir?

Kondansatörler farklı geometrik şekillerde tasarlanabilirler. Paralel levhalı kondansatörler, küresel kondansatörler ve silindirik kondansatörler olmak üzere üç farklı şekilde üretilir. Eşit A yüzey alanına sahip ve birbirlerinden d uzaklığında bulunan iki paralel metal levha, paralel levhalı kondansatör olarak bilinir. Böyle bir kondansatörün uçlarına bir gerilim uygulanmadığı durumda bu kondansatör yüksüz (nötr) olarak kabul edilir.

Paralel levhalı kondansatörün yüklenmesi nasıl gerçekleştirilir?

Paralel levhalı kondansatörün yüklenmesinin açıklayacak olursak, başlangıçta yüksüz olan yani plakaları arasındaki potansiyel farkı sıfır olan bir kondansatörün bir doğru akım üretecine bağlandığını düşünelim. Pozitif kutba bağlı plakadaki elektronlar, plakayı terk edip tel içinden geçip gittiğinden plaka pozitif yüklenmeye başlar. Negatif kutba bağlı plakanın dışındaki telde bulunan elekronlar plakaya doğru hareket ederek plakayı negatif yüklemeye başlar. Kondansatör üzerinde oluşan potansiyel fark uygulanan dc gerilim değerine eşit oluncaya kadar kondansatörün yüklenmesi devam edecektir. Potansiyel farklar eşit olduğunda dc güç kaynağının artı ucuna bağlanan levha +Q yükü ve negatif ucuna bağlanan levha - Q yükü ile yüklenmiş olur. Bu durum kondansatörün dolması (şarj olması) demektir. Artık bu kondansatörü güç kaynağından ayırdığınız anda, kondansatör uçlarındaki gerilim uyguladığınız gerilim değerine eşit olacaktır. Kondansatör yüklendiği zaman plakalar eşit miktarda yükler taşır. Burada kondansatörün yükü, levhalardan birinin mutlak değeri ile belirtilir. Yani kondansatör üzerindeki yük sadece Q’dur.

Kondansatörün boşalması (deşarj olmasını) nasıl gerçekleşir?

Levhaları (+) ve (-) yükler ile dolan kondansatör bir direnç yardımıyla veya kondansatörün iki ucu bir iletken tel ile kısa devre edilerek yüklerin boşalmasına kondansatörün boşalması (deşarj olması) denir. Bu elektriksel boşalma bazen görünür bir kıvılcım olarak gözlenir. Kondansatörün boşalması esnasında -Q yüklü levhasındaki elektronlar güç kaynağı üzerinden +Q yüklü levhaya doğru hareket ederler. Elektronların bu hareketi deşarj akımını meydana getirir ve kondansatörün her iki plakası da yüksüz olana kadar devam eder. Şarj olayı sonunda kondansatör uçları arasındaki gerilim sıfırdır ve kondansatör boşalmış olur.

Sığa nedir. Önemini açıklayınız?

Belirli bir V voltajında, bir kondansatörün levhaları üzerinde ne kadar yük bulunabileceğini, bir diğer ifadeyle V potansiyelinde kondansatörde depolanan yük miktarını belirleyen nicelik sığa (veya kapasitans) olarak adlandırılır. Kondansatörün sığası C harfi ile gösterilir. Bir kondansatörün sığasını hesaplamak için yük miktarının büyüklüğünü ve levhalar arasındaki potansiyel farkı (voltajı) bilmemiz gerekir. Daha sonra sığa C Q / V ifadesinden kolayca hesaplanır. Genellikle bildiğimiz bir geometriye sahip kondansatörler için sığa ifadeleri, levhalar arasındaki yalıtkan malzemeye, levhalar arası mesafeye ve levhaların yüzey alanına bağlı olarak verilir.

Dielektrikli kondansatör nedir?

Kondansatör plakaları arasında boşluk yerine mika, plastik gibi yalıtkan malzemeler konulduğunda kondansatörün sığası değişir. Bu durumda kondansatör dielektrikli kondansatör olarak bilinir. Yüklü bir kondansatörün plakaları arasına dielektrik (veya yalıtkan) malzeme yerleştirildiğinde plakalar üzerindeki yük miktarı değişmeden kalır fakat plakalar arasındaki potansiyel fark azalır.

Kondansatörlerde depolanabilen maksimum enerji nedir?

Sığa ve potansiyel enerji arttıkça potansiyel farkı da artar. Kondansatörlerde depolanabilen maksimum enerjinin (ya da yükün) bir sınırı vardır. Kondansatörler belli bir potansiyel farkından fazlasına dayanamaz ve plakaların birinden diğerine yük geçişi olur. Bu durumda kondansatör özelliğini kaybeder ve iletken gibi davranır. Bu nedenle kondansatörlerin üzerine maksimum çalışma voltajı ve sığa değeri yazılır. Bu şekilde sarı renkli halkalar ile işaret edilen kondansatörün kapasitans değeri 1000 µF (mikro farad) ve maksimum çalışma gerilimi 40 volt (V)’ tur. Eğer bir kondansatöre üzerinde yazılı olan maksimum çalışma geriliminden yüksek bir gerilim uygulanırsa, kondansatör özelliğini kaybeder ve kısa devre gibi davranır.

Kondansatörlerin kullanım yerlerine örnekler vererek açıklayınız?

Kondansatörler dc devrelerde enerji depolamak amacı ile kullanılırlar. Kondansatörler hem enerji depolama hem de yükü aniden devreye sokma özelliklerinden dolayı güç kaynağının çeşitli sebeplerden dolayı devre dışı kalacağı durumlarda ve ani yük akışına ihtiyaç olan durumlarda kullanılabilirler. Fotoğraf makinası şaşlarının çalışması için enerji depolayan araçlar kondansatörlerdir. Kondansatörde depolanmış yüksek enerji bir anda boşaltılarak görüntüsü çekilecek cisim kısa bir an kuvvetli bir şekilde aydınlatılır. Bir cihazın elektrik devresinde güç kaynağının çeşitli sebeplerden dolayı devre dışı kalacağı durumlarda, kondansatör cihazın bir süre daha çalışmasını sağlar. Böyle bir durumda, kondansatör hoparlörlerde birkaç saniyeliğine de olsa ses kaybı olmamasını sağlar. Kondansatörler, kendisini besleyen enerji kaynağı tükendiği zaman hafızasındaki bilgiyi kaybeden elektronik aletler (dijital kol saatleri, cep telefonları gibi) için geçici de olsa çözüm oluşturur. Kondansatörlerin önemli rol oynadığı aletlerden biri de elektroşok cihazıdır. Elektroşok cihazı tam olarak yüklendiğinde, büyük bir kondansatörün elektrik alanı içinde 360 J kadar bir enerji depolar. Bu cihaz depolanan enerjiyi kalp ritmi bozulan hastaya yaklaşık 2 ms’de verir ve düzenli bir kalp atış ritmi sağlayabilir. Örneğin zararsız olarak bildiğiniz ve 1,5 volt ile çalışan fotoğraf makinası şaşları içlerinde 300 volt’a kadar yük depolama özelliğine sahip kondansatörler içermektedirler. Böyle bir kondansatörde depolanan enerji bir insanı kolayca çarpabilir, elektrik yanıklarına ve şoklara yol açabilir.

RC devresi nedir?

Bir kondansatör ve bir direncin seri bağlanması ile oluşan devreye RC devresi denir. Böyle bir devrede akım ve kondansatör üzerindeki yük zamanla değişir. Kararlı bir RC devresinde kondansatör açık bir devre anahtarı görevi yapar. Güç kaynağının çıkış voltajı sabit olsa da, devreden geçen akım şiddeti anahtarın açılması veya kapatılması esnasında zamana bağlı olarak değişir. Kondansatörler bulundukları devredeki akımı zamana bağlı duruma getirmesi sebebi ile elektrik motorları, makine ve bilgisayar devrelerinin kontrol mekanizmalarında kullanılmaktadır.

RC devresinde kondansatörün yüklenmesi nasıl gerçekleştirilir?

Kondansatörün yüklenmesi (dolması - şarj), kondansatör plakalarının yük bakımından farklı duruma gelmesi ya da levhalar arasında potansiyel farkının oluşmasıdır. Bir başka ifade ile iki levhadan birinin artı (+), diğerinin eksi (-) yük ile yüklenmesi demektir. Seri RC devresindeki kondansatörün başlangıçta yüksüz olduğunu yani iki plakasının eşit miktarda elektrona sahip olduğunu kabul edelim. Anahtarı açık numaralı konuma getirilirse, yükler bir plakadan diğer plakaya akarak devrede bir akım oluştururlar. Böylece devreden akım geçmesiyle kondansatör yüklenmeye başlayacaktır. Yüklenme sırasında, kondansatör levhaları arasındaki boşluk bir açık devreyi temsil ettiğinden yükler bu boşluğu atlayıp karşı levhaya geçemezler. Fakat bir plakadan diğerine yük transferi, kondansatör tamamen yüklenene kadar direnç, anahtar ve güç kaynağı üzerinden sağlanır. Kondansatörde depolanan maksimum yük miktarı güç kaynağından uygulanan voltaj değerine bağlıdır. Maksimum yüke ulaşıldığında devreden geçen akım değeri sıfır olur. Devreden geçen akımın zamanla azaldığını devreye seri bağlı olan ampermetreden takip edebiliriz. Benzer şekilde kondansatör üzerindeki gerilimin zamanla arttığını devreye paralel bağlı voltmetreden izleyebilirsiniz. Kondansatörden geçen akımın sıfıra ve aynı zamanda kondansatör üzerindeki gerilimin kaynak gerilim değerine yaklaşması kondansatörün dolduğunun göstergesidir.

RC devresinde kondansatörün boşalması nasıl gerçekleşir?

Kondansatörün dolma ve boşalma süreçlerinde devreden geçen I akımlarının yönleri birbirine terstir. Anahtar açıkken kondansatörün pakaları arasında Q/C kadarlık bir potansiyel fark vardır. Devreden akım geçmediği için direnç üzerindeki potansiyel fark sıfırdır. t0 anında anahtar kapatılırsa kondansatör direnç üzerinden boşalmaya başlar, kondansatörün plakalarında birikmiş olan yükler iki plakada dengelenir ve kondansatör boşalmış olur.

Kondansatör ile direnç arasındaki farklılıklar nelerdir? Bu devre elemanlarından hangisi elektrik enerjisi depolar?

Kondansatörler plakaları arasında oluşturulan elektrik alan içerisinde enerji depolar. Direnç ise enerji harcar. Bu nedenle dirençlerin enerji depolama özelliği yoktur.

Kondansatör nedir?

Kondansatörler, enerji depolamada kullanılan, iki iletken paralel levha arasına bir yalıtkan madde (dielektrik) konularak yapılmış bir pasif devre elemanıdır. 

Kondansatörler hangi geometrik şekillerde üretilir?

Kondansatörler farklı geometrik şekillerde tasarlanabilirler. Paralel levhalı kondansatörler, küresel kondansatörler ve silindirik kondansatörler olmak üzere üç farklı şekilde üretilir. 

Kondansatörün boşalması (deşarj olması) nasıl gerçekleşir?

Levhaları (+) ve (-) yükler ile dolan kondansatör bir direnç yardımıyla veya kondansatörün iki ucu bir iletken tel ile kısa devre edilerek yüklerin boşalmasına
kondansatörün boşalması (deşarj olması) denir.

Belirli bir V voltajında, bir kondansatörün levhaları üzerinde ne kadar yük bulunabileceğini, bir diğer ifadeyle V potansiyelinde kondansatörde depolanan yük miktarını belirleyen niceliğe ne ad verilir?

Belirli bir V voltajında, bir kondansatörün levhaları üzerinde ne kadar yük bulunabileceğini, bir diğer ifadeyle V potansiyelinde kondansatörde depolanan yük miktarını belirleyen niceliğe sığa (veya kapasitans) adı verilir?

Sığanın birimi SI ölçüm sisteminde nasıl adlandırılır?

Sığanın birimi SI ölçüm sisteminde farad (F)'dır. 

Bir kondansatör ve bir direncin seri bağlanması ile oluşan devreye ne ad verilir?

Bir kondansatör ve bir direncin seri bağlanması ile oluşan devreye RC devresi denir.

Uygulamada kullanılan farad'ın altkatları nelerdir?

Uygulamada genellikle milifarad (mF), mikrofarad (µF) ve pikofarad (pF) gibi farad’ ın altkatları kullanılır.

1 mF kaç farad (F) olarak ifade edilir?

1 mF = 1.10^-3  F olarak ifade edilir. 

1 µF kaç farad (F) olarak ifade edilir?

1 µF =1.10^-6 F olarak ifade edilir. 

1 pF kaç farad (F) olarak ifade edilir.

1 pF =1.10^-12 F olarak ifade edilir.

 Bir kondansatörün sığasını hesaplamak için hangi faktörlerin bilinmesi gerekmektedir?

Bir kondansatörün sığasını hesaplamak için yük miktarının büyüklüğünü ve levhalar arasındaki potansiyel farkı (voltajı) bilmemiz gerekir.

Enerjinin SI ölçüm sisteminde birimi nedir?

Enerjinin SI ölçüm sisteminde birimi joule (j)' dür.

Eğer bir kondansatöre üzerinde yazılı olan maksimum çalışma geriliminden yüksek bir gerilim uygulanırsa nasıl bir sonuç ortaya çıkar?

Eğer bir kondansatöre üzerinde yazılı olan maksimum çalışma geriliminden yüksek bir gerilim uygulanırsa, kondansatör özelliğini kaybeder ve kısa devre gibi davranır.

Kondansatörler dc devrelerde hangi amaçla kullanılır?

Kondansatörler dc devrelerde enerji depolamak amacı ile kullanılır.

Kondansatörler hangi özelliklerinden dolayı güç kaynağının çeşitli sebeplerden dolayı devre dışı kalacağı durumlarda ve ani yük akışına ihtiyaç olan durumlarda kullanılabilirler?

Kondansatörler hem enerji depolama hem de yükü aniden devreye sokma özelliklerinden dolayı güç kaynağının çeşitli sebeplerden dolayı devre dışı kalacağı durumlarda ve ani yük akışına ihtiyaç olan durumlarda kullanılabilirler.

Elektroşok cihazı tam olarak yüklendiğinde, büyük bir kondansatörün elektrik alanı içinde ne kadar bir enerji depolar?

Elektroşok cihazı tam olarak yüklendiğinde, büyük bir kondansatörün elektrik alanı içinde 360 J kadar bir enerji depolar.

Kararlı bir RC devresinde kondansatör hangi görevi görür?

Kararlı bir RC devresinde kondansatör açık bir devre anahtarı görevi yapar.

Kondansatörler hangi özelliği sebebi ile elektrik motorları, makine ve bilgisayar devrelerinin kontrol mekanizmalarında kullanılmaktadır?

Kondansatörler bulundukları devredeki akımı zamana bağlı duruma getirmesi sebebi ile elektrik motorları, makine ve bilgisayar devrelerinin kontrol mekanizmalarında kullanılmaktadır.

Kondansatörde depolanan yük miktarı maksimuma ulaştığında devreden geçen akım değeri kaç olur?

Kondansatörde depolanan maksimum yük miktarı güç kaynağından uygulanan voltaj değerine bağlıdır. Maksimum yüke ulaşıldığında devreden geçen akım değeri sıfır olur.