Kondansatör nasıl yük saklar

[FM.88MHz]

Şu grafik işi net bir şekilde özetliyor. Kapasitör DC yi bloke eder, AC yi geçirir.

37111 eklentisine bak

Bu tartışmayı başlatan mesajımda şöyle demiştim:

"Sırf devreye etkisi bakımından, yani ürettiği sonuç açısından hataya yol açmayan bir kabul cümlesi olsa da, yine de kondansatörün kendi üzerinden AC akımı geçirdiği kesinlikle gerçek dışı bir ifadedir."

Hâlâ aynı noktadayım. AC bile olsa, kondansatör kendi üzerinden akım geçirmez. Dielektrik madde buna engel olur.

Bunu biraz daha açarak ifade edeyim: Kondansatörün gerçekte nasıl çalıştığını bilenler, kendi aralarında sırf ifade kolaylığı açısından "AC'yi geçirir" diyebilirler, buna itirazım yok.

Ama konuyu bilmeyenlere öğretilmesi sırasında, işin aslını hiç açıklamadan bu gerçek dışı ifadeyi kullanmak, o kişilerde kondansatör hakkında yanlış bir algıya yol açıyor. Devreleri yorumlarken de bocalamalarına neden oluyor.

Daha da somutlaştırayım... Voltaj-Akım-Direnç ilişkisini benzetim (analoji) yoluyla açıklamak için;
* Yukarıda su deposu (voltaj)
* Aşağıda, depoya bağlı borudan akan su (akım)
* Borunun üzerinde su akışını sınırlayan boğum (direnç)

örneği sıkça kullanılır (görseldeki gibi).

Oysa, kondansatör için böyle bir benzetim yapamıyoruz. Çünkü elektron akışına izin vermiyor.

Yine de başka tür bir benzetimle nasıl ifade ederiz diye düşünüyordum ve henüz bulamamışken, bir kitapta çok güzel düşünülmüş bu tarz bir benzetime rastladım. Hitap ettiğim arkadaş, verdiğim ipuçlarını da değerlendirerek şu "akımı geçirir/geçirmez" meselesini biraz düşünsün istediğim için, o görseli hemen ortaya çıkarmamıştım.

Ama artık şart oldu:

Sol tarafta pompa var. Sağdaki tüpün ortasında ise esnek diyafram bulunuyor. Su akışına izin vermiyor ama pompanın yarattığı basınçla doğru orantılı olarak diyaframın altındaki suyu ittirebiliyor. Tabii belli bir "kapasite ile sınırlı" ittirme şansına sahip, sonsuz değil.

İşte kondansatörün yaptığı da tam olarak böyle bir şey. Bunu su yerine, bir plakasında biriktirdiği elektronlar aracılığıyla yapıyor. (Kutupsuz ise, sırası geldiğinde aynı şeyi ters plakasından da yapabiliyor.)

Şimdi biz bunlardan hiç söz etmeden, bu işi pratikten öğrenenlere "kondansatör AC'yi geçirir" dediğimizde, gerçekten de üzerinden akım geçtiğini zannedebiliyorlar. Hâlbuki öyle bir şey yok.

Bu, işin en temel kısmı. Sonrasında, kondansatörün belli bir zaman aralığındaki voltaj değişimine verdiği tepki gibi konular var. Ki zaten "yüksek frekans" demekle, aslında daha dar bir zaman diliminde daha fazla voltaj değişimini kastetmiş oluyoruz. Yani, "f" ile "dV/dt" nin aynı amaca hizmet ediyor olması meselesi...

Şöyle bağlayabilirim: Kondansatör AC'yi geçiren değil, "geçiriyor-MUŞ gibi yapan" bir devre elemanıdır. Diğer bir deyişle, elektronlar aracılığıyla yaptığı doldur-boşalt işlemi sayesinde, kendine bağlı devrede (veya devre kolunda) akım akmasına fırsat verdiği için, kendisinin de AKIMI GEÇİRDİĞİ ZANNEDİLEN bir bileşendir.

 

[Mikro Step]

Bu benzetim bazi seyleri aciklasa da sarj edildikten sonra devreden ayrilip bir kenara konmus kapasitorun hala voltaji tutmasi meselesini aciklayamiyor.

 

[Mikro Step]

Solda bos bir kapasitor goruyoruz. Elektrod metallerinde elektron ve proton sayisi esit oldugu icin her bir levha notur durumda.


Sagdaki cizimde bir pil baglanmis. Pilin + kutbuna bagli metaldeki elektronlarin bir kismi pil tarafindan aliniyor. Alinan elektron sayisi kadari da - kutba bagli metale enjekte diliyor. (Daha cok alabilmek icin daha yuksek pil voltaji gerekir) (Cizimde hepsini aldim)

Ust metal elektron kaybettigi icin +, alt metal ise elektron kazandigi icin - yuklu oluyor.

Iki levha arasindaki bolgeden herhangi bir elektron akisi olmadi.

Simdi pili ayirirsak levhalardan birisi elektronca eksik, diger levha ise elektronca fazlaliga sahip. Fakat kapasitor levhalarina bir butun olarak bakarsak elektron sayisi = proton sayisi oldugu icin kararli durumda.

Iki levha arasina bir direnc vs konursa eksik elektron karsi taraftan alinip yerine konuyor. Bir sure sonra denge saglaninca (elektron sayisi =proton sayisi) kapasitor bosalmis oluyor.

 

[Mikro Step]

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?

 

[hakan8470]

Tanıdıkça mı sevdiniz?
Sevdikçe mi tanıdınız?
Yoksa biraz ondan, biraz bundan mı?

Babam tamir etmeye calisirdi evde bazi seyleri, parcalar ama toplayamazdi, iyice bozulurdu, annem de soylenirdi , annem kizmasin diye ben toplamaya calisirdim. Kocaman bir weller lehim tabancasi vardi. Oyle basladi tum hikaye, sadece hobi olarak birakmayi tercih etmeme ragmen, annemin reklami sayesinde mahallenin tum teyzeleri bozuk olanlari getirirdi.Kablo kopugu , ufak tefek seyler tamam, ama bu seferde basit olmayan bozukluklarin sebebini ararken bende ogrenmek zorunda kaliyordum.

Sorunuzun cevabi, zorla sevme + biraz ondan biraz bundan

 

[hakan8470]

Eeee o zaman dielektrik icinde ne olup bitiyor? Kapasite degeri neden artiyor?

Ben hep cap patlama sebebi olarak onlari dusunurdum , disari sacilmis kagit parcalari hep garip gelirdi. yoksa iki levha niye oyle deli gibi tepki versin di.

 

[Dede]

FM Kardeşim bu kadar alıngan olmana şaşırdım açıkçası.
bir kapasitörü en iyi anlatma yolu doldurup öğrenmek şisteyenin eline tutuşturmaktır.
Şüpheniz olmasın ki asla bir daha onutmaz.
Benzer şekilde bobini anlatmak içinde bobini düşük voltajla şarj edip ürettiği elektiriğie çarpılmalarını sağlamaktır.
Bu temel yapıyı iyi anlamayı sağlar ama tam manasıyla asıl meseleyi izah etmez.
Siz akım geçirmez derken fiziksel dayanaklarla bunu izah etmeye kalktığınızda empedans yapısını anlamayıda bloke etmiş oluyorsunuz.
Beni eleştirdiğiniz sanallık yapoısından dahada büyük bir yanlış algılamanın kapısını aralamış oluyorsunuz.
Bir kapasitörü en iyi ifade edebilecek mekanik yapı benzetmesi su hidroforlarındaki yarıya kadar dolu basınç tankıdır ki genede yetersizdir.
Zira gerilim ile akımın faz farkını izahtan varestedir.
Öncelile elektiriği tam olarak anlamak lazın elektronik malzemeleri anlayabilmek için.

Maksat birşeyleri anlatmak ise kısacık ipuçlarıyla da dvasa parağraflarlada anlatılabilir.
O yüzden alınganlığınızı bir kenara koyun ve sadece anlartın derim.
Benim bu forumda yönetici olmak yada kural koymak gibi bir yetkim yok.
Sadece anlatmanın şu yada bu şekilde daha da iyi olacağını önermek gibi herkes kadar bir hakkım war.
Yok öyle bir hakkınız derseniz foruma gülegüle derim size keyfinize iyi anlatmalar derim biter.

Hulasa maksadın hasıl olduğu kanaatindeyim.
Saygılar.

 

[Mikro Step]

Ben hep cap patlama sebebi olarak onlari dusunurdum , disari sacilmis kagit parcalari hep garip gelirdi. yoksa iki levha niye oyle deli gibi tepki versin di.

Konfeti gibi sacilan kagit parcaciklarindaki olay daha farkli. Gene dielektrik yuzunden ama orda dilektrik malzeme kagidin bizzat kendisi degil.

Elektrigi iletebilen ozel bir sivi emdirilmis kagit iki aluminyum levhanin yuzeyini islatir. Aluminyum levhalar fabrikasyon asamasinda oksitlendigi icin levhalar yalitken durumdadir., sarili duran iki levha arasinda ince bir kagit olsa da aslinda aradaki mesafe sadece iki oksit tabakasi kalinligindadir. Cunku sivinin iletken oldugunu soylemistik.

Dolayisi ile kagit arada fazla bir rol oynamiyor ama dogrudan metal levhalarin birbirine temas etmesini engelliyor.

Oksit tabakasi cok cok ince (mikrometreler seviyesinde kalinliginda) oldugu icin kapasitor degeri de levhalar arasindaki mesafe ile ters orantili oldugu icin elko kapasitorlerin hacim basina kapasite degerleri dehset buyuk oluyor.

Gelelim patlama olayina.

Eger kapasitor nominal voltajinin ustunde voltaja ya da ters polaritede voltaja maruz kalırsa iki seye neden olur.

Dilektrik oksit tabakasi bozulmaya baslar ve sivi uzerinden akim akar. Bu siviyi isitir gaz olusur ve gaz, tamamen kapali kondansator icinde sikismaya baslar.
(Diger durum da bozulan dielektrik tabakasi voltaj altinda kendiliginden onarilmak istenirken gaz cikar.)

Sonucta basinca dayanamaz ve kondansator govdesi ya yarilir ya da lastik tapa yerinden cikar. Bu esnada icerideki kagit hatta bazen aluminyum levhalar disari savrulur.

Bu arada dip not: Elko kondansatorler devreye her gerilim uygulandiginda kendini onarmak adina oksit tabakasi bozulmus bolgelerini onarir.

 

[Mikro Step]

Kondansatorun lehalarinda nasil yuk depoladigini acikladik.

Gelelim DC/AC olayina. Simdilik AC voltaji unutalim.

DC voltaj verdigimizde kondansatorun levhalarinda voltaja ve kondansatorun kapasitesi ile dogru orantili yuk birikir. Q=C*V dir.

O halde DCvoltaj da kondansatore bir akim akisina neden olur. Cunku bir iletkenden yuk akiyorsa elektrik akimi akiyor demektir.
Birim zamanda akan yuk miktari amper demektir. ( I=dq/dt )

Tamam DC voltaj verdik ve kondansator doldu. Dolunca artik akim gecisi durur. Eger kondansatore uygulanan voltaji azicik ama azicik artirirsak bu durumda levhalara da birazcik daha yuk yukleme sansimiz olur. Tersine uygulanan voltaji azicik ama azicik azaltirsak bu kez de levhalardaki yukler voltak kaynagina itilebilecek kadar elektronu iter.. Yani levhalardaki yuklerin ve kapasite degerinin belirledigi voltaj degeri ile kapasitore uygulanan voltaj hem esit olmak zorunda.

Ne demistik C*V=Q yada V=Q/C

Q/C degeri volyaj kaynagimizdan daha fazla ise Q azaltilir. Yani kaynaga iade edilir. Tersine Q/C voltaj kaynagimizdan az ise kaynak kapasitore elektron (yuk) yollar.

Yani kondansator hep dengede durmak zorunda.

Bu durumda DC gerilimizde hafif hafif oynama varsa konsansatorden akim gececek demektir.

O halde kondansator DC gerilidme akim gecirmez soylemini bir kenara birakalim. Burda aslinda DC ile hic oynamayan hic salinmayan voltaj kasdediliyor.
Ama biz DC gerilim ile aslinda bu sekilde hic oynamayan gerilimlere de DC voltaj diyoruz. Bu bir hata ama oyle.

Cunku uzerinde hafif dalgalanma olan voltajlara ne bileyim ripilli voltaj falan demek lazim. Ya da yonu degismeyen ama siddeti degisen voltajlara pulstatif voltaj dememiz lazim.

Neyse demekki kondansator geriliminde oynama olursa akim akitiyor.

Gelelim 90 derece meselesine.

Kondansator tamamen bosken voltaj uygulandiginda akim max oluyor. Kondansator voltaji max degerine ulastiginda da akim sifir oluyor.

Bunu anlamayip sebebini sormak isteyen var mi?

 

[Dede]

Aslında kapasitörün taşıma hattı üzerinde hatta seri bağlanması üzerinden gitmek lazım. Yani güç aktarım elemanı olarak yüke seri değil, Kapasitörü yük olarak ele alarak anlattınız buraya kadar.

 

[Mikro Step]

Degisen bir sey olmaz. Yuk olarak kapasitore seri bir direnc baglarsan yuklerin kapasitore bir anda hucum etmesini engeller, kapasitorde birikecek ya da kapasitoru terkedecek yukler zamana yayilacak.

 

[Dede]

Degisen bir sey olmaz. Yuk olarak kapasitore seri bir direnc baglarsan yuklerin kapasitore bir anda hucum etmesini engeller, kapasitorde birikecek ya da kapasitoru terkedecek yukler zamana yayilacak.

FM kardeşimiz akım geçmez deişti ya.
Yük üzerindeki etkisi daha çok ilgilendiriyor olmalı bizi.
Tabii birde yükün cinsi war etken olacak olan burada..

 

[Mikro Step]

Akim gecmez derken dileketrik icinden akim gecmez diyor.

Yukun cinsi, kapasitorun davranisa herhangi bir etkide bulunmaz. Fakat devreye kapasitor baglanirsa devrenin davranisi cok etkilenir.

 

[Dede]

AC davranışıda irdeledikten sonra şunu sormak isterim.

Kapasitördeki yük nerede depolanıyor? Dielektiriktemi, iletkenlerdemi?

 

[Mikro Step]

Tabiki levhalarda.

Aslinda artik kapasitorun AC de davranisini anlatmaya gerek kalmadi. Cunku DC voltajimiz azicik degisse kapoasitorde akima neden oluyor, bunu anladik. Haliyle DC yerine AC versek akim akisi cok daha belirginlesecek.

Haa belki AC voltajin frekansi artirilirsa neden akim artiyor sorusu gelebilir.

 

[Dede]

Ben enerjinin saklanan çok çok kısmının dielektirikte olduğunu söylersem bana ne dersin.

 

[Mikro Step]

Nayir nolamaz derim.

Dielektrik malzeme, kapasitorun levhalarini birbirine yaklastirmadan ya da levhalarin alanini buyutmeden kapasite degerini artirmaya yariyor. Kapasite degeri artinca daha cok yuk biriktirebiliyoruz. Yuk levhalarda birikiyor. Ustelik metalinin icinde de degil, yuzeyinde.

Enerji dedigimiz sey biriken yuk miktarinin is yapma kapasitesi.

Dielektrik koyunca C artiyor. E=0.5C*V^2 geregi C artinca enerji de artmis oluyor.

Ya da baska sekilde aciklarsak

C=Q/V

E=0.5C*V^2 = 0.5*(Q/V)*V^2=0.5*Q*V

Gordugun gibi ayni voltaj altinda yuk sayisini artirirsan enerji artmis oluyor.

Dielektrik malzeme ne yapiyor da kapasitenin degerini artiriyor bunu aciklayabilirsin. Yukarida bu soruyu cevapsiz biraktik.

 

[FM.88MHz]

Dielektrik malzeme ne yapiyor da kapasitenin degerini artiriyor bunu aciklayabilirsin. Yukarida bu soruyu cevapsiz biraktik.

Aslında ben o sorunun cevabı için hazırlık yapıyordum. Yalnızca size değil, ilgi duyan her arkadaşa hitap eder nitelikte olsun diye; yazılı metin, grafik ve videodan oluşan bir cevap... Tabii bazı linklerle birlikte.

Şimdilik, dielektrik maddenin, "elektrik alan" etkisinde kaldığında atom/molekül yapısı bakımından dipolleşme davranışı sergilemesi işin özünü oluşturuyor diyebiliriz.

Sizin bu konuyu ortaya atmanız iyi oldu. Cevap tam olarak belirginleştiğinde, aynı zamanda şu sorunun da cevabını almış olacağız: Üzerinden akım geçirmediği gerçeği ortada dururken, neden basitçe yalıtkan madde demiyoruz da, "dielektrik madde" diyoruz (ya da diyorlar)?

Şimdilik görsel olarak şunu eklemiş olalım:

 

[Mikro Step]

Dielektrik madde icinde hic bir atom hic bir elektron yerinden kimildayamiyor. Bu sartlarda dipollesmeyi detayli anlatmani bekliyorum.

Dipollesirse dipollessin kapasite neden artiyor onun da cevabini bekliyoruz.

 

[FM.88MHz]

Dielektrik madde icinde hic bir atom hic bir elektron yerinden kimildayamiyor. Bu sartlarda dipollesmeyi detayli anlatmani bekliyorum.

Dipollesirse dipollessin kapasite neden artiyor onun da cevabini bekliyoruz.

Siz "soruyu cevapsız bıraktık" deyince, onunla ilgilenmekte olduğumu belirtmek için aceleyle çok kısa bir bilgilendirme yaptım. Asıl açıklama geldiğinde, en son vurguladığınız sorular da cevap bulmuş olacak.