Kondansatör nasıl yük saklar

Deneydeki kavanozu, kumaş vb. Bir şeye sürtme yoluyla statik elektrik yükledikten sonra levhaları yerleştirirsek ne olacak? Yalıtkanların statik elektrik de yüklenebiliyor olması toprağa göre potansiyelleri olması, elektron alıyor veya veriyor olmaları anlamına gelmiyor mu?

Evde kavanoz çok, levhalar bakır değil de galvaniz sacı olsa ne olur? Ben yarın oynarım bunlarla çocuk gibi. Gerçi yapılmışı vardır internetten bakayım bulayım.

Cam için SiO2 molekülü olduğu yazılmış. Bu molekül çok kararlıymış ve non-polar'mış.

Cam molekülleri nasıl dipol oluşturabilir ki? Hatta molekül polar bile olsa (H2O gibi) katı haldeyken elektrik alana göre hizalanamazlar. O zaman camda dipol oluşumu için elektron kaybetmek veya kazanmaktan başka bir yol var mı?

Elektronların maddenin içinde yer değiştirmesi ile dipol olsaydı malzeme iletken olurdu. Belki de elektronların yeri her bir molekülde değişerek dipol oluşuyordur. O zaman malzeme içinde sürekli elektron akışı olamaz, ama kondansatördeki gibi şarj olma durumu oluşabilir.

Yav hevesli bir bilimciye denk gelip adamın(veya kadının) sabrını bir sınayabilsek :).
 
Dipol olustugunda atomlarin yorungeleri dairesellikten uzaklasip eliptik hale geciyor. Yalitkan bir cisimden elektron koparamazsin. Dielektrik madde dipollesebilen yalitkan madde demektir. Her yalitkan dielektrik madde degildir.
 
Dilektrik madde elektrik alanina maruz kalinca elektron yorungesi eliptik hale geciyor ve elektron bir tarafa daha cok yakinlasiyor. Bu da bir nevi bir tarafin daha cok eksi gibi olmasini sagliyor.

1729534153313.png



a mesafesinde cekirdegin + yukunun etkisi azaliyor. Fakat b mesafesinde pozitif yuk daha baskin oluyor.
Dielektrik maddede atomlarin buyuk kismi bu sekilde davrandiginda bir taraf eksi diger taraf arti gibi davraniyor.

Dielektrik madde olmasaydi elektron elektrik alanindan cok etkilenmeyecek ve dairesel yorungede kalmaya devam edecekti.

Bu yuzdendir her yalitkan kapasite degerini cok artirmiyor. (Dielektrik madde olarak ise yaramiyor)

Bu arada en buyuk epsilon degeri yanlis hatirlamiyorsam saf suya aitti.
 
Son düzenleme:
Şimdi merak ettiğim, levhalar kondansatörden ayrıldığında levhalarda hiç mi şarj kalmıyor? Videoda öyleymiş gibi görünüyor. Ama kondansatör şarj olurken akım ölçüyoruz,
Benim testlerimde iletkenlerde de ir miktar elektirik yükü kalıyordu.
Ancak ben bardak üzerine aluminyum folyo kaplayarak denemiştim.
Dolayısıyla benim metal kütle daha fazla hacimde idi.
 
Son düzenleme:
Dipollesmis dielektrik maddeyi sokunce dilektrik madde uzerinde yuk kalmiyor. Sokulen dilektrigi metal levhalarin arasina tekrardan surdugumuzde de levhalarda yuk degisimi olmuyor. Ne zaman telli yaklastiriyoruz iste o zaman yuk dengesizligi olusuyor.
 
Bir benzetme yaparsak;

Akuyu sarj ediyoruz ardindan elektrolit siviyi bosaltiyoruz. Akude cok az sarj kalir. Ama dielektrik malzemede sarjdan bahsedemeyiz.
Sonra elektroliti tekrar akuye bosaltiyoruz aku elektrik uretiyor.
 
Bir benzetme yaparsak;

Akuyu sarj ediyoruz ardindan elektrolit siviyi bosaltiyoruz. Akude cok az sarj kalir. Ama dielektrik malzemede sarjdan bahsedemeyiz.
Sonra elektroliti tekrar akuye bosaltiyoruz aku elektrik uretiyor.
metal kütleler üzerinde kütle büyüklüğüne yüzeyine bağlı olarak statik elektirik yüklenir.
İnsan da bir iletken olduğundan üzerinde kış aylarında daha çok elektirik biriktirip deşarj olma anında kendini çarpar.
ESD devreleri de bu yüzden wardır.
 
Yukaridaki kapasitorde iki levha arasinda vakum vardi.

Iki levha arasina dielektrik malzeme koyalim.

Dielektrik malzeme yalitkan ozellik gosterir. Dolayisi ile elektronlarini sokup disariya alamadigimiz gibi yerindefn sokup dileketrik malzemenin bir baska kosesine de tasiyamayiz. Eeee o zaman dielektrik icinde ne olup bitiyor? Kapasite degeri neden artiyor?

Ben fazlaca gecikince, kendi araştırmanızla mesafe katetmiş olduğunuzu görebiliyorum. Bu yüzden, yazdıklarımın size hitap eder tarafı belki çok az kalmıştır veya belki hiç kalmamıştır. Yine de, DİELEKTRİK konusunu bir bütünlük içerisinde ve olabildiğince sadelikle yansıtıyor olması bakımından, özellikle yeni başlayan arkadaşlara yararlı olabilir umuduyla buraya ekliyorum.

Sizin aklınızı kurcalayan konu, "3.3." maddesinde yer alıyor; uzun uzun okumak istemezseniz, oraya sıçrayabilirsiniz.

Dielektrik Maddenin Kondansatörün Çalışmasına Etkisi / Katkısı

Şu alt başlıklar üzerinden, sistematik olarak gitmemiz uygun olacak:

1. Dielektrik madde nedir, ne değildir?
2. Kondansatörde neden kullanılır?
3. Kapasite artışına hangi yollarla etki eder?
3.1. Kondansatör plakaları arasındaki uzaklığa etkisi​
3.2. Kondansatör plakalarının düz bir yüzey olma zorunluluğunu ortadan kaldırarak, yüzey artırımına katkısı​
3.3. Atom/molekül yapısıyla getirdiği katkı​

1. Dielektrik madde nedir, ne değildir?

Dielektrik madde, kondansatörün plakaları arasına yerleştirilen bir yalıtkan maddedir. Ancak; her dielektrik madde bir yalıtkan iken, her yalıtkan elverişli bir dielektrik madde kabul edilmez. Atomik yapısı belli koşulları sağlayan yalıtkan maddeler, dielektrik görevi için seçilirler. (Madde 3.3.'te bu konuya değinilecek)

Bir yanlış anlamayı önlemek için şunu eklemek zorundayız: Eğer kapasiteyi artırma ve boyutları küçültme amacında değilsek, aslında plakalar arasına herhangi bir yalıtkan madde koyabilir, hatta hava boşluğu da bırakabiliriz. Zaten, kapasitesi genellikle 300-400 pF'ları aşmayan ve fazla cüsseli havalı kondansatörler de bulunmaktadır.

Sonuç olarak; dielektrik madde bir yalıtkan olduğu için, üzerinden akım (elektronları) geçirmez ama uygulamada tercih edilen dielektrik maddeler sıradan yalıtkanlar da değildir.

Dielektrik_gorsel_01.png


Dielektrik_gorsel_02.png


2. Kondansatörde neden kullanılır?

Dielektrik maddenin kondansatörde kullanılması iki temel amaca yöneliktir:
a. Kondansatörün fiziksel boyutlarını artırmadan kapasite artışı sağlamak.
b. Her dielektrik madde tüm kullanım alanları için mükemmel sonuç vermediğinden, bu maddenin cinsini seçme yoluyla, o kondansatörü farklı kullanım alanları için daha uygun hâle getirebilmek.
Zaten, kondansatörleri sınıflandırmada kullanılan en önemli kıstaslardan biri, içerdiği dielektrik maddedir.
Türlere örnek: Seramik, mika, polyester, elektrolitik, tantal vb.
Kullanım alanlarına örnek: Radyo frekans(RF), kuplaj, kutupsuz filtreleme, kutuplu filtreleme vb.

3. Kapasite artışına hangi yollarla etki eder?

3.1. Kondansatör plakaları arasındaki uzaklığa etkisi

Bir kondansatörün kapasitesi, yani üzerinde elektrik yükü toplayabilme becerisi, karşılıklı iki plakasının birbirine yakınlığı ile doğru orantılıdır. Eğer iki plaka arasında boşluk ya da hava kullanılacak olsaydı, plakaların birbirine temas riski yüzünden aradaki mesafeyi çok fazla azaltmak mümkün olmayacaktı. Oysa, temas riskini ortadan kaldıran dielektrik madde çok ince imal edilebilmekte ve plakaların birbirine daha fazla yaklaşmasını sağlayarak kapasiteyi artırmaktadır.

3.2. Kondansatör plakalarının düz bir yüzey olma zorunluluğunu ortadan kaldırarak, yüzey artırımına katkısı

Yine, eğer iki plaka arasında boşluk ya da hava kullanılacak olsaydı, kondansatör plakalarını bükümlü yapmak ya hiç mümkün olmayacak ya da bu şans çok sınırlı kalacaktı. Gerekçe tabii ki yine plakaların birbirine temas riski. Oysa, çok esnek özellikteki dielektrik maddelerle, örneğin "rulo gibi" ya da "katlamalı tarzda", fazlaca bükümlü kondansatör plaka çiftleri üretilebilmekte. Bu ise, yine kondansatörün kapasite değerine doğru orantıyla etki eden "plaka alanı"nı fazlaca büyüterek, kapasite artırımı sağlamakta.

3.3. Atom/molekül yapısıyla getirdiği katkı

Bu aşamaya, elektrik alan etkisi altındaki dielektrik maddenin atom yapısında oluşan "dipolleşme"nin detay görselleri ile başlamak kolaylık sağlayacaktır:

Dielektrik_gorsel_03.png


Dielektrik_gorsel_04.png


Atomlarda elektron bulutu oluşumu ile kendini gösteren dipolleşme (kutuplaşma), aslında çok temel bir kuralın burada kendini göstermesinden ibaret: Zıt kutuplar birbirini çeker, aynı kutuplar birbirini iter.

Tabii dielektrik atomlarını "elektron bulutlaşması" aracılığıyla dipolleşmeye zorlayan gücün, plakalar üzerinde biriken (harici) yükler ve onların aradaki bölgede yarattığı elektrik alan olduğunu unutmamak gerekir.

Dielektrik_gorsel_05.png


Burada akla şu soru gelebilir: Peki bulutlaşmış elektronlar birbirini itip dağılmıyor mu?
Bu konu atom fiziğine girer ve beni aşar. Ancak, elektronların sabitçe bir arada durmayıp, ayrı ayrı kendi yörüngelerinde dönüyor olmaları bunu açıklayabilir sanıyorum. [Bu konu, itirazlara ve katkıya açık!]

Akılda tutulması gereken diğer bir konu, önce de belirttiğimiz gibi, her yalıtkanın atom yapısı bakımından bu tarz bir dipolleşmeye yatkın olmadığı.

Şimdi can alıcı soruya geldik...
Dipolleşme hangi mekanizma ile kapasite artışına neden oluyor?


Dielektrik_gorsel_06.png


Aslında her üçü de aynı olguyu yansıtmaya yönelik görsellerden de fark edileceği üzere; dipolleşmiş dielektrik molekülleri, plakalar arasındaki GENEL ELEKTRİK ALANA zıt yönde ve onu zayıflatır tarzda bir İÇ ELEKTRİK ALAN oluşturuyor.

En basit hâliyle ;
Net alan = Brüt alan - Zayıflatıcı ters (iç) alan

şeklinde düşünebiliriz. Bu zayıflatıcı ters alanın değeri, aradaki maddenin dielektrik katsayısıyla (k) doğru orantılı. Elektrik alandaki bu zayıflama, onunla paralel olarak voltajda da eksilmeye yol açıyor.

C = Q / V

denklemini hatırlayarak devam edersek, voltajdaki azalmanın kapasiteyi (C) artırdığını görürüz.
Ama diğer yandan biz biliyoruz ki, kondansatörün ayaklarındaki gerilimi, onu besleyen kaynaktan veya devrenin yapısından bağımsız düşünme şansımız yok. Yani, aslında pratikte gerçekleşen, görünürde bir voltaj düşümü değil, kaynağın o voltaj eksikliğini tamamlamak üzere kondansatöre daha fazla yük akıtması oluyor. Ki bu da yine kapasitenin artışı anlamına geliyor.

Dielektrik_gorsel_07.png


Bu görseldeki her iki şekil de, kapasite artışının oluş mekanizmasını açıklamaya yönelik.

(1) numaralı görsel, mavi renkli genel elektrik alan çizgilerinin, içerideki zıt alan nedeniyle belli ölçüde etkisizleşmesini gösteriyor. (Bir kısım genel alan çizgilerinin kesintiye uğrayıp, karşı plakaya ulaşamaması şeklinde bir simgesel gösterim tercih edilmiş.)

(2) numaralı görsel ise, genel elektrik alandaki zayıflamayı (eksilmeyi) normalde mavi ve kırmızı renkte olması gereken bir kısım yüklerin griye dönüşmesi şeklinde simgeleştirmiş.

Bu ikinci görsel ayrıca, KAPASİTE ARTIŞINI da simgelemek üzere; etkisini yitiren (grileşmiş) yüklerin yerine, plakalara mavi ve kırmızı renkli EKSTRA yüklerin gelebilmiş olmasını da görünür hâle getiriyor.

Yani, (2) numaralı görsel, kapasite artışını daha bütüncül şekilde simgeleme yeteneğine sahip.

Şimdi gündeme getireceğimiz ve bu konunun doğal bir uzantısı sayılabilecek kavram, aynı zamanda kondansatördeki yük depolama işleminde dielektrik maddenin rolüne de ışık tutabilecek nitelikte:

Dielectric Relaxation Time

Bunu Türkçeye bire bir çevirmek pek anlamlı olmayacak gibi. Onun yerine:

"Dielektriğin yükten kurtulma süresi" diyebiliriz belki.

Aslında ne ifade ettiğini de hemen hemen açıklamış olduk. Gerilim uygulandığında dielektriğin içinde oluşmuş olan dipollerin etkisini kaybedip, gerilimsiz andaki durumlarına geri dönmesi için geçen süre kastediliyor burada.

Tabii ki kondansatörde çalışma anında dipoller durağan hâlde olamazlar. En son, kondansatörün ayaklarından gerilim kaynağının ayrılması noktasından sonraki süreç anlatılmak isteniyor olsa gerek.

Bunun pratikte neye karşılık geldiğine ilişkin bilgi bulmakta zorlandım. Saniyeler mi, saatler mi, günler mi?..

Şu videoda bir Hintli arkadaş, metal ve "fused quartz" dielektrik maddesi için uzun uzun hesap yapıyor; sonunda dielektrik için 51.2 saat (2 gün) buluyor.

Relaxation Time| Dielectric Relaxation Time|Metal Relaxation Time


Dileyen veya bu anlatımı yetersiz bulan arkadaşlar, en azından buradakileri yol gösterici bir kılavuz gibi görüp, ayrıca belirttiğim kaynakları da kullanarak derinleşme yoluna gidebilirler.

Kaynaklar:
https://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric
https://web.mit.edu/8.02t/www/802TEAL3D/visualizations/coursenotes/modules/guide05.pdf
https://courses.lumenlearning.com/suny-physics/chapter/19-5-capacitors-and-dielectrics/
(Türkçe alt yazı ile de izlenebiliyor)
 
Şu ara Youtube da dahil, sosyal medya yavaşlatıldığı için, eklediğim iki video şimdilik güçlükle gelebilir veya hiç gelmeyebilir. İnternet normale dönünce yeniden deneyebilirsiniz.
 
Bu benzetim bazi seyleri aciklasa da sarj edildikten sonra devreden ayrilip bir kenara konmus kapasitorun hala voltaji tutmasi meselesini aciklayamiyor.

Bu tür benzetimler, asıl konunun bire bir ve kusursuz şekilde yansıtılmasını amaçlamazlar.

Özellikle konuya yabancı, henüz yeni öğrenmeye başlamış kişilere, gözlerinde daha kolay canlandırabilsinler diye çok daha aşina oldukları bazı mekanizmalarla benzeşim kurarak yardımcı olmayı hedeflerler.

Zaten kusur arayan gözlerle bakacak olsak, daha temel nitelikteki "Voltaj-Akım-Direnç" (su deposu) benzetiminin de mükemmel olmadığını görürüz. Her şeyden önce, gerilim kaynağı (depo) tek koldan akım akıtıyor, yani dönüşü yok. Ayrıca, her ne kadar direnç (boğum) sayesinde akımı sınırladığı ve gerilimi (basıncı) düşürdüğü gösteriliyorsa da; o boğumda (dirençte) bir de enerji yitimi olduğunu bize hissettiremiyor. vs. vs.

Kondansatör konulu benzetimi benim gözümde değerli kılan şey şuydu: Yalnızca kondansatörün ne yaptığını değil, güzel düşünülmüş bir mekanizma üzerinden "ne yapmadığını" da gösteriyor olması. Öğretim esnasında kurulan yanıltıcı cümleler yüzünden, elektroniğe yeni başlayanlar AC'de kondansatörün içinden (karşı uca) akım geçtiğini zannedebiliyorlar. O benzetim, bunun böyle olmadığını da gözler önüne seriyor.
 
@Dede

metal kütleler üzerinde kütle büyüklüğüne yüzeyine bağlı olarak statik elektirik yüklenir.
İnsan da bir iletken olduğundan üzerinde kış aylarında daha çok elektirik biriktirip deşarj olma anında kendini çarpar.
ESD devreleri de bu yüzden wardır.

Benden alintiladigin metin icin yazdigin bu aciklama ne alaka. Hic bir bag kuramadim.
 
Bu tür benzetimler, asıl konunun bire bir ve kusursuz şekilde yansıtılmasını amaçlamazlar.

Özellikle konuya yabancı, henüz yeni öğrenmeye başlamış kişilere, gözlerinde daha kolay canlandırabilsinler diye çok daha aşina oldukları bazı mekanizmalarla benzeşim kurarak yardımcı olmayı hedeflerler.

Zaten kusur arayan gözlerle bakacak olsak, daha temel nitelikteki "Voltaj-Akım-Direnç" (su deposu) benzetiminin de mükemmel olmadığını görürüz. Her şeyden önce, gerilim kaynağı (depo) tek koldan akım akıtıyor, yani dönüşü yok. Ayrıca, her ne kadar direnç (boğum) sayesinde akımı sınırladığı ve gerilimi (basıncı) düşürdüğü gösteriliyorsa da; o boğumda (dirençte) bir de enerji yitimi olduğunu bize hissettiremiyor. vs. vs.

Kondansatör konulu benzetimi benim gözümde değerli kılan şey şuydu: Yalnızca kondansatörün ne yaptığını değil, güzel düşünülmüş bir mekanizma üzerinden "ne yapmadığını" da gösteriyor olması. Öğretim esnasında kurulan yanıltıcı cümleler yüzünden, elektroniğe yeni başlayanlar AC'de kondansatörün içinden (karşı uca) akım geçtiğini zannedebiliyorlar. O benzetim, bunun böyle olmadığını da gözler önüne seriyor.

Amac kusur arayan gozle bakmak degildi.

O su meselesi sadece diyaframin icinden su akmadigi icin kondasatorun de dilektriginin icinden akim akmadigini izah ediyor hepsi o kadar.

Ote yandan direnc benzetimindeki aksakliklar dedigin mesela akisin tek yonlu oldugu geri donusun olmadigi kismi aynen kondansator benzetimindeki pompa ile asilabilir sanirim.

Suyun bogum kisminda guc kaybina neden olunmadigini da kim soyluyor?

Fakat bogum meslesinde kusur aranacaksa ya da okuz altinda buzagi arayacaksak, bogumun tam cikisinda suyun akisi hizlanir. Elektrikte boyle bir sey olmaz.
 
Bu konuyu bölelim yav. Bu elektrostatik mevzu nereden başlıyor? Oradan itibaren yeni konu yapalım.
 
Dağıtmanda bir sakınca yok, faydalı bilgiler var, ama farklı bir konu içinde kaybolacak o yüzden ayrı konuya taşıyalım diyorum.
 
Kondasatör plakaları arasındaki malzeme sistemden çıkarılırsa , kapasitörden pile doğru elektron akışı okur ,

Plaka arasına malzeme konulursa pilden kapasitöre elektron akar .

Dielektrik malzeme elekron alıp vermiyor sadece içindeki elektronlar elektrik alanından etkilenip daha fazla elektronun pilden plakalara geçmesine neden oluyor.
 
Kondasatör plakaları arasındaki malzeme sistemden çıkarılırsa , kapasitörden pile doğru elektron akışı okur ,

Plaka arasına malzeme konulursa pilden kapasitöre elektron akar .

Dielektrik malzeme elekron alıp vermiyor sadece içindeki elektronlar elektrik alanından etkilenip daha fazla elektronun pilden plakalara geçmesine neden oluyor.
Yukarıda paylaştığım vidyoya göz atmamış olduğunuzu düşünüyorum.
Depolamayı dielektirikmi yoksa elektrotlarmı yapıyor sorusunuın cevabını sunan deney vidyosu.
Kimin nereden akım alıp verdiği değil mesele.
 

Çevrimiçi üyeler

Forum istatistikleri

Konular
6,847
Mesajlar
116,797
Üyeler
2,779
Son üye
Kersoyu

Son kaynaklar

Son profil mesajları

hakan8470 wrote on Dede's profile.
1717172721760.png
Dedecim bu gul mu karanfil mi? Gerci ne farkeder onu da anlamam. Gerci bunun anlamini da bilmem :gulus2:
Lyewor_ wrote on hakan8470's profile.
Takip edilmeye başlanmışım :D ❤️
Merhaba elektronik tutsakları...
Lyewor_ wrote on taydin's profile.
Merhabalar. Elektrik laboratuvarınız varsa bunun hakkında bir konunuz var mı acaba? Sizin laboratuvarınızı merak ettim de :)
Lyewor_ wrote on taydin's profile.
Merhabalar forumda yeniyim! Bir sorum olacaktı lcr meterler hakkında. Hem bobini ölçen hemde bobin direnci ölçen bir lcr meter var mı acaba?
Back
Top