Kondansatörlerin kapasitansının tanımı
Küçük bir bardak az miktarda su alabilirken, büyük bir bardak daha fazla su alabilir. Bardağın hacmi ne kadar büyükse, o kadar fazla su alabilir. Dolayısıyla, her bardağın su tutma kapasitesi veya büyüklüğü vardır. Cam gibi, kondansatörler de elektrik yüklerini ve elektriksel potansiyel enerjiyi depolayabilir. Kondansatörün elektrik yükünü ve elektriksel potansiyel enerjiyi depolama kapasitesine kapasitans denir.
Kapasitansı etkileyen faktörler
Bardağın su tutma kapasitesi, bardağın hacmine bağlıdır. Peki ya kondansatörler? Kondansatörün elektrik yükü depolama kapasitesini ne belirler?
Yandaki şekilde, belirli bir mesafeyle ayrılmış iki iletken plakadan oluşan basit bir kondansatör gösterilmektedir. Bir pil gibi bir voltaj kaynağına bağlanmadan önce, iki plaka elektriksel olarak yüklü değildir. Daha sonra plakalardan biri pilin pozitif kutbuna, diğeri ise pilin negatif kutbuna bir kablo kullanılarak bağlanır.
Pilin pozitif kutbuna bağlandıktan sonra, pil üzerindeki pozitif yük, plakadaki negatif yüklü elektronları kendine çeker ve elektronlar pilin pozitif kutbuna doğru hareket eder. Bu durum, plakaların elektron eksikliği (negatif yük) ve fazla proton (pozitif yük) yaşamasına neden olarak plakaların pozitif yüklü hale gelmesine yol açar.
Plaka, pilin negatif kutbuna bağlandıktan sonra, üzerindeki pozitif yük, pilin negatif kutbundaki negatif yüklü elektronları kendine çeker ve elektronlar plakaya doğru hareket eder. Bu durum, plakanın elektronlarla aşırı yüklenmesine ve negatif yüklü hale gelmesine neden olur. Plakalar ve piller arasındaki elektron hareket süreci, iki plaka arasındaki potansiyel fark, iki pil kutbu arasındaki potansiyel farka eşit olana kadar devam eder.
İki iletken plaka üzerindeki elektrik yükünü nasıl artırırsınız? Başka bir deyişle, pilin pozitif kutbuna elektron transferi yapmak için ne yapılmalıdır? Elektron yer değiştirmesi, yalnızca iki pil kutbu arasındaki elektrik potansiyel farkı, iki iletken arasındaki elektrik potansiyel farkından daha büyük olduğunda gerçekleşir. Her bir iletken plakadaki elektrik yükünün artması için elektronun tekrar hareket etmesi için, kullanılan pil, daha büyük bir elektrik potansiyel farkına sahip başka bir voltaj kaynağıyla değiştirilir. Elektronların yer değiştirmesi, voltaj kaynağındaki potansiyel farkı kapasitörün potansiyel farkına eşit olduğunda durur. Bu nedenle, voltaj kaynağındaki potansiyel farkı daha büyükse, kapasitörün potansiyel farkı da daha büyüktür.
Yukarıdaki incelemeye dayanarak, her bir iletken plakada depolanan elektrik yükü ne kadar büyükse, iki iletken plaka arasındaki elektrik potansiyel farkının da o kadar büyük olacağı sonucuna varılabilir. Dolayısıyla, elektrik yükü (Q) elektrik potansiyel farkı (V) ile orantılıdır. Elektrik yükü ile elektrik potansiyel farkı arasındaki ilişki aşağıdaki karşılaştırmada belirtilmiştir:
Q α V
Yukarıdaki karşılaştırmalar, C sabiti eklenerek denklemlere dönüştürülür:
Q = CV veya C = Q / V
Q = elektrik yükü (Coulomb), V = elektrik potansiyel farkı veya voltaj (Volt), C = kapasitör kapasitansı olarak adlandırılan sabit.
Kapasitans değeri, elektrik yüküne ve elektrik voltajına bağlı değildir, ancak iletken plakanın şekline ve boyutuna bağlıdır. Kapasitansın iletken plakanın şekline ve boyutuna bağlı olduğunun matematiksel ispatı, paralel plakalı kondansatör konusunda açıklanmıştır. Bu konuda, iki iletken arasında vakum olduğu varsayılmıştır.
Bir kondansatörün kapasitesi, iki iletken plaka arasında bulunan malzemenin doğasına da bağlıdır. İki iletken plaka arasında bulunan malzemeye dielektrik denir. Dielektrik içeren kondansatörlerin kapasitesi, "Kondansatörlerin Kapasitesi" başlığı altında ayrıntılı olarak ele alınmıştır. dielektrik sabitleri.
Kapasite birimi
Elektrik yükünün birimi Coulomb, elektrik potansiyel farkının birimi ise Volt'tur; bu da yukarıdaki kapasitans denklemine dayanmaktadır. Kapasitans birimi Coulomb/Volt (C/V)'tur ve İngiliz bilim insanı Michael Faraday'ın (1791-1867) adından dolayı Farad (F) olarak da adlandırılır. Dolayısıyla, 1 Farad = 1 Coulomb/Volt.
2 Farad değerinde bir kondansatörün, iletken plakalarından birinde +2 Coulomb, diğerinde ise -2 Coulomb elektrik yükü depoladığını varsayalım. İki iletken plaka arasında 1 Volt potansiyel farkı bulunmaktadır. Eğer 12 Volt'luk bir pil kondansatöre bağlanırsa, elektrik yüklü iletken plakalardan birinin yükü Q = CV = (2) (12 Volt) = +24 Coulomb olurken, diğer iletken plakanın yükü -24 Coulomb olur.
Lütfen Farad'ın çok büyük bir kapasitans birimi olduğunu ve bu nedenle genellikle daha küçük bir birim olan mikrofarad (μF) olarak kullanıldığını unutmayın (10⁻¹⁰ m).-6 Farad) veya pikofarad, kısaltılmış haliyle pF (10)-12 Farad). Farad'ın devasa bir birim olduğunu gösteren matematiksel hesaplamalar, paralel plakalı kondansatör konusunda ele alınmıştır.
