Elektrik konusuna sığa ve sığaç (kondansatör ya da kapasitör de denir) kavramlarıyla devam ediyoruz. Önce önemli bir ayrımı yapalım sığa bir kavramdır, sığaç ise bir devre elemanıdır yani bir nesnedir. Önce basitleştirilmiş bir sığacı inceleyeceğiz, ardından sığa kavramını tartışacağız. Sığaç, iletken iki paralel levhanın bir yalıtkanla ayrılmasıyla elde edilen bir düzenektir. Levhaların arasındaki yalıtkan boşluk, hava, başka bir gaz, ya da plastik gibi başka bir malzeme olabilir. Yalıtkanın görevi levhanın birinden diğerine elektrik akımının geçmesini önlemektir.
Aşağıdaki resimde bir pile bağlı, aralarında boşluk bulunan iki paralel levhayı gösteriyor. Levhalar başlangıçta yüksüz. Anahtar kapatıldığında elektronlar hareket etmeye başlıyor, çünkü pil iki levha arasında bir potansiyel fark oluşmasını sağlıyor. Elektronlar pilin eksi kutbundan levhanın birine doğru hareket ediyor, levhanın diğerinden de elektronlar pilin artı kutbuna doğru hareket ediyor. Levhaların arasında yalıtkan olduğu için levhanın birinden diğerine elektronlar geçemiyor, yani levhalar arasında elektrik akımı yok. Kısa bir süre içinde (eğer devrede hiç direnç olmadığını varsayarsak anında) elektrik yükleri levhalarda ayrışmış oluyor. Levhaların biri artı yüklü, diğeri eksi yüklü hale geliyor. Böylece sığaç artı ve eksi yükleri ayrıştırdığı için yük depolamış oluyor. Yükleri ayrıştırmak için gerekli enerjiyi pil sağlıyor. Yükleme işlemi bittiğinde sığacı pilden (üreteçten) ayırsak bile sığaç hala yüklü olur. Sığacın bir levhasında +q elektrik yükü depolanırken diğer levhasında -q miktarında yük depolanır.
Önce kavramı inceleyeceğiz sonra nesnenin nasıl davrandığına bakacağız. Sığa, iletken bir maddeye ne kadar elektrik yükü sığdırabileceğimize, o maddenin yükü depolayabilme kapasitesine verilen addır. Fizikte kavramların ne kadar keskin tanımlandığını hatırlarsanız sığanın da böyle berrak bir tanımı olacağını da tahmin edebilirsiniz. Sığanın sembolü C, birimi F (farad)’dır. Sığanın tanımı şöyledir:
C = \frac{q}{V}Yani sığa, bir sığaçta depolanan yük miktarının sığacın levhaları arasındaki potansiyel farka oranıdır. 1 Volt başına kaç Coulomb yük depolanabiliyor anlamına gelir.
Sığa hangi değişkenlere bağlıdır?
Paralel levhalar kullanılarak yapılan bir sığacın sığası şöyle de ifade edilir:
C = \epsilon_0\frac{A}{d}
Yukarıdaki eşitlikte C sığacın sığasını, \epsilon_0 boşluğun elektrik geçirgenliği sabitini, A levhalardan birinin yüzey alanını, d ise iki levha arasındaki uzaklığı gösterir.
Günlük hayatta sığaçlar nerelerde kullanılır?
Sığaçlarda elektrik enerjisi depolanır. Pillerin aksine uzun süre kararlı akım sağlamak için kullanılırken sığaçlar ani ve yüksek akım sağlamak için kullanılır. Örneğin sığaçları fotoğraf makinelerinin flaşlarında kullanırız. Karanlıkta ani bir aydınlık sağlayan flaş, etrafa yaydığı ışık için gereken enerjiyi sığaçta depolanan elektriksel potansiyel enerjinin dönüşümüyle sağlar.
Kalp rahatsızlıklarında kullanılan şok cihazlarında (defibrilatörlerde) sığaç ani akım sağlayan devre elemanı olarak kullanılır.
Sığaçlar elektronik devrelerde sıklıkla kullanılır. Farklı ihtiyaçları karşılamak üzere farklı kapasitelerde üretilirler. Aşağıdaki resimde çeşitli sığaçlar görülüyor.
İlgili Kazanımlar (2018)
11.2.3.4. Sığa (kapasite) kavramını açıklar. Matematiksel hesaplamalara girilmez.
11.2.3.5. Sığanın bağlı olduğu değişkenleri analiz eder.
– Değişkenlerin deney veya simülasyonlarla belirlenmesi sağlanır.
– Öğrencilerin matematiksel modeli elde etmeleri sağlanır. Matematiksel hesaplamalara girilmez.
11.2.3.6. Yüklü levhaların özelliklerinden faydalanarak sığacın (kondansatör) işlevini açıklar.
- Sığaçların kullanım alanlarına yönelik araştırma yapılması sağlanır.
- Öğrencilerin elektrik yüklerinin nasıl depolanıp kullanılabileceğini tartışmaları ve elektrik enerjisi ile ilişkilendirmeleri sağlanır.