Özel Ders

ELEKTRİKSEL SIĞA

11. Sınıflar ve lys kondansatörler (sığaç) konusu. Sığaçların formülleri, kapasitesi ve enerjisi. Konu anlatımı ve çözümlü örnekler.

Karşılıklı iki iletken levha arasına yalıtkan bir madde konularak oluşturulan ve yük depolamaya yarayan sistemlere kondansatör (sığaç) adı verilir. Kondansatörler elektrik ve elektroniğin temel devre elemanlarından biridir. Kondansatörlere sığaç, kapasitör gibi isimler de verilir.

Sığaçlar çeşitli geometrik şekillerde üretilirler ve geometrik şekillerine göre adlandırılırlar. Örneğin; silindirik kondansatör, düzlemsel kondansatör, küresel kondansatör gibi.

Bir kondansatör aralarında yalıtkan bir madde bulunan iki levhadan meydana gelir. Bu levhalardan biri pozitif yüklenirken diğeri ise aynı miktarda ve zıt yükle yüklenir. Bir kondansatörün ne kadar yük depolayabileceği uçlarına uygulanan potansiyel farka bağlıdır.

Çeşitli boyut ve özellikte kondansatörler üretilir. Her kondansatörün çalışma gerilimleri ve dayanma gerilimi bulunur. Yine her kondansatörün depolayabileceği belli bir yük miktarı vardır. Bu değerler kondansatör üzerinde belirtilir.

Bir sığacın belirli bir voltaj altında depolayabildiği elektrik yük miktarına sığacın kapasitesi adı verilir.

Kapasite kondansatörün depolayabildiği yük miktarını gösterir. Birimi Coulomb/Volt tur. Bu birime Michael Faraday anısına Farad adı verilmiştir.

Bir sığa üretecin ucuna bağlandığında üretecin negatif kutbuna bağlı levhaya doğru bir elektron akışı olur ve bu levha (- ) yükle yüklenir. Buna karşılık diğer levhadan üretecin pozitif kutbuna doğru bir elektron akışı gerçekleşir ve elektron kaybeden bu levha pozitif yükle yüklenir. Bu hareket kondansatörün levhalarındaki potansiyel farkın, üretecin kutupları arasındaki potansiyel farka eşit olmasına kadar devam eder.

Bir kondansatörün kapasitesi iletken levhaları arasındaki yalıtkan maddenin dielektrik katsayısı ile doğru, levhalar arasındaki uzaklık ile ters orantılıdır.

kondansator

Bir Sığacın Sığası (Kapasite)

Bir sığaç V potansiyeli altında q kadar yük depolayabiliyorsa, bu sığacın sığası aşağıdaki formülle verilir.

C =	q
	V

Farad çok büyük bir değer olduğundan çoğu aygıtın sığası mikro farad veya piko farad cinsinden verilir.

Bir Sığacın Enerjisi

V potansiyeli altında q yükü ile yüklü kondansatörün enerjisi aşağıdaki eşitlikle verilir

W =	1	. q. V
	2

q = C.V olduğundan

W =	1	. C.V.V
	2

W =	1	. C.V²
	2

Dielektrik Malzeme Özellikleri

Bir sığacın levhaları arasına dielektrik katsayısı büyük maddeler konulursa sığacın sığası artar, dolayısıyla depolayabileceği yük miktarı artırılmış olur. Aynı zamanda bu işlem kondansatörün çalışma gerilimini de artırır.

Levhaları arasında boşluk bulunan bir sığaç için kapasite eşitliği,

C = ɛ₀ .	A
	d

ɛ₀ = boşluğun dielektrik sabiti

Yukarıdaki eşitliği genelleştirerek aşağıdaki şekilde yazabiliriz.

C = ɛ .	A
	d

ɛ: Yalıtkan malzemenin dielektrik sabiti

A: Levhaların yüzey alanı

d: Uzaklık

Yukarıdaki eşitliklere göre levhaların yüzey alanı ne kadar büyük olursa kondansatör o kadar fazla yük depolar. Aynı zamanda dielektrik sabiti ne kadar büyük olursa depolayabileceği yük miktarıda fazla olur. Levhalar arasındaki mesafe arttıkça elektrik alan azalır ve buna bağlı olarak sığacın depolayabileceği yük miktarı da azalır.

Örnek:

Dielektrik sabiti 32,7 . 10^-12 olan bir yalıtkan iki metal levha arasına konularak bir sığaç oluşturuluyor. Levhaların genişliği 2 cm, uzunlukları 10 cm dir. İletkenler arasındaki yalıtkanın kalınlığı 2 mm dir. Buna göre kondansatörün sığası kaç F dir?

Çözüm:

C = ɛ .	A
	d

C = 32,7 . 10^-12 .	2.10^-1 . 10.10^-1
	2.10^-3

C =	32,7 . 2. 10 . 10^{-12 – 1 – 1 + 3}
	2

C = 32,7 . 10 .10^-11

C = 3270 . 10^-12

C = 3270 pF (Piko Farad)

Örnek:

Yüzey alanı 95 cm² olan iki levha aralarına 1 mm kalınlığında yalıtkan bir madde konularak sığaç haline getiriliyor ve uçları arasına 20 V gerilim uygulanıyor. Yalıtkan maddenin dielektrik sabiti 53,1 . 10^-12 olduğuna göre sığaçta depolanan yükü ve sığacın enerjisini bulunuz.

Çözüm: