Sığaçların elektrik devrelerinde gösterimi şekildeki gibidir.
Piller, kondansatörlerden daha uzun sürelerde daha fazla enerji sağlayabilir. Öte yandan, bir kondansatör bir pilden kat kat daha hızlı bir şekilde daha fazla enerjiyi yüksek verimlilikte şarj/deşarj edebilir. Kondansatörlerde enerji, pozitif ve negatif elektrostatik yüklerin ayrışmasıyla depo edilir. Kondansatörlerin güç yoğunlukları çok yüksek fakat enerji yoğunlukları çok düşüktür. Levhalar arasındaki dielektrik malzeme de iki levha arasında bağ oluşmasını önleyerek daha fazla şarj yapılmasını sağlar
Yüklenmiş Bir Sığaçta Yük ve Gerilim
Özdeş iki paralel levhanın arasına yalıtkan bir malzeme yerleştirilerek düzlem sığaç elde edilir. Üretece bağlı levhalar eşit büyüklükte ve zıt elektrik yüküyle yüklenir. Levhaların potansiyel farkı üretecin potansiyel farkına eşitlendiğinde sığaç yüklenmiş olur ve üreteçten gelen akım durur. Sığaç yüklendikten sonra üreteç bağlantısı kesilse de levhalardaki yük korunur.
Üreteç ile boş kondansatör yüklenmeye başlandığında iki levha arasındaki potansiyel farkı sıfır olan iki levha arasındaki gerilim giderek artmaya başlar. Bu da levhalarda biriken yük miktarının gerilimle orantılı olarak artmasına neden olur.
Levhaların yüklenmeye başladığı andan sonraki t1, t2 ve t3 anlarında gerilimler ve yük değerleri sırasıyla V1, V2, V3 ve q1, q2, q3 olur. Yük ve gerilim değeri oranı daima sabit olduğu yapılan ölçümler sonucu kanıtlanmıştır. Yani şeklinde yazılabilir. yazılabilir. Verilen ifadedeki sabit değer kondansatörün sığasıdır. Sığa için çizilecek q-V grafiği aşağıdaki gibidir.
Yukarıda verilen yük-gerilim grafiğinin eğiminden yararlanarak kondansatörün sığası bulunabilir. Bu durumda olur.
ifadesine göre gerilim ile sığanın ters orantılı olmalıdır fakat sığa kondansatörün fiziksel özelliklerine bağlı bir nicelik olduğundan gerilim değerinden etkilenmez. Kondansatöre uygulanan gerilim değeri, çalışma gerilimine eşit veya küçük olmak koşuluyla artırılırsa kondansatördeki yük miktarı da artacağından sığası değişmez.
Sığaçta Depolanan Enerji
Bir kondansatörün yüklenmesi sırasında yapılan iş kondansatörde depolanan enerjideki değişim kadardır. Depolanan enerji hesaplanırken 0 dan V değerine ulaşana kadar geçen sürede levhalar arasındaki ortalama potansiyel farkı V/2 olarak alınabilir. Bu durumda üretecin V/2 potansiyel fark altında kondansatör q kadar yükle yüklendiğinde kondansatörde depolanan enerji
şeklinde ifade edilir. Bu eşitlik ile q=C.V eşitliği birleştirilerek enerji bağıntısı genişletilir ise kondansatörde depolanan enerji
şeklinde yazılabilir. Enerjinin birimi joule (j) dür.
Kondansatörün sığası için çizilen q-V grafiğinde çizilen doğrunun altında kalan alan kondansatörde depolanan enerjiyi verir. Bu durumda kondansatörde depolanan enerji
olur.
Kondansatörlerde Eşdeğer Sığa, Yük ve Potansiyel Farkı
Bir devrede birden çok kondansatörun kullanıldığı durumlarda kondansatörlerin depoladığı yükü tek başına depolayabilen kondansatörün sığasına, devrenin eşdeğer sığası denir ve Ceş sembolü ile gösterilir. Eşdeğer sığa değeri kondansatörün kapasitesine ve bağlanma şekline göre değişim gösterir. Kondansatör seri, paralel veya her iki yöntemin de bulunduğu şekillerde bağlanabilir.
Seri Bağlı Kondansatör
Gerilimi V olan üretece sığaları C1 ve C2 olan kondansatörlerin aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi bağlanması sonucu seri bağlı kondansatör elde edilir.
Seri bağlı kondansatörlerin eşdeğeri hesaplanırken;
- C1 ve C2 kondansatörlerinde eşit yük bulunduğu qtop=q1=q2
- Her bir kondansatörün geriliminin toplamının devrenin toplam gerilimine eşit olduğu Vtop=V1+V2
daima hatırlanmalıdır.
Seri Seri bağlı kondansatörlerin eşdeğeri
denkliği ile bulunur. Ceş devreye görseldeki gibi çizilir.
Paralel Bağlı Kondansatör
Sığaları C1 ve C2 olan kondansatörlerin, gerilimi V olan üretece aşağıdaki gibi bağlanmasıyla paralel bağlı kondansatör devresi elde edilir.
Paralel bağlı kondansatörlerin eşdeğeri hesaplanırken aşağıdaki bilgiler unutulmamalıdır.
- Devrenin toplam yükü, C1 ve C2 kondansatörlerindeki yüklerin toplamına eşittir qtop=q1+q2
- Her bir kondansatörün gerilimi üretecin gerilimine eşittir. Devrenin toplam gerilimi ile kondansatörlerin gerilimleri arasındaki ilişki Vtop=V1=V2 şeklindedir.
Paralel bağlı kondansatörlerin eşdeğeri
- Ceş.Vtop=C1.V1+C2.V2=C1+C2
- Ceş.Vtop=C1.Vtop1+C2.Vtop2
- Ceş=C1+C2 denkliği ile bulunur.
Ceş devreye görseldeki gibi çizilir.
