Kapasite ve uçlar arasındaki gerilim biliniyorsa, ideal bir kondansatördeki elektrik yükü ile depolanan enerjiyi aynı hesapta bulabilirsiniz. Bu araç kapasite için pF, nF, µF, mF ve F, gerilim için V ve kV seçeneklerini sunar. Sonuçta enerji joule, yük coulomb olarak verilir; ayrıca küçük değerleri okumayı kolaylaştıran mikrokulomb ve milijoule karşılıkları gösterilir. Böylece sayı ile birimini ayrı ayrı takip ederek hesabınızı kontrol edebilirsiniz.

Başlamadan önce elinizdeki iki bilgiyi birimleriyle yazın. Örneğin “100” tek başına yeterli değildir: 100 µF ile 100 nF aynı kapasiteyi anlatmaz. Gerilim için de 12 V ile 12 kV arasında bin kat fark vardır. Formdaki sayı ve yanındaki seçim birlikte bir girdi oluşturur. Birimi değiştirdiğinizde sayı kendiliğinden çevrilmez; aynı fiziksel değeri yeniden ifade etmek istiyorsanız sayı kutusunu da uygun biçimde düzenleyin.

Hesap hangi modeli kullanır?

Araç kapasitenin sabit olduğu ideal modeli kullanır. Önce kapasite farada ve gerilim volta çevrilir. Ardından Q = C × V bağıntısıyla yük, E = C × V² / 2 bağıntısıyla enerji bulunur. Burada C kapasiteyi, V iki uç arasındaki potansiyel farkını, Q seçilen gerilim referansındaki yükü ve E depolanan enerjiyi gösterir. OpenStax kapasite bölümünde kapasite ile yük ve gerilim ilişkisi açıklanır; enerji bölümünde enerji bağıntısının türetilmesi yer alır.

Form bir parçanın katalog bilgisini bulmaz. Kapasiteyi siz yazarsınız; girilen değerin nominal değer, ölçüm veya varsayım olması hesabın bağlamına aittir. Bu yüzden sonucu kaydederken “100 µF kabul edilerek” gibi kısa bir girdi notu eklemek faydalıdır. Aynı şekilde, gerilim için hangi iki uç arasındaki farkı kullandığınızı belirtin. Bağlamı olmayan bir enerji sayısını daha sonra başka hesapla karşılaştırmak güçleşir.

Kapasite birimlerini doğru seçin

Farad kapasitenin SI birimidir. Formdaki öneklerin farad karşılıkları 1 pF = 10⁻¹² F, 1 nF = 10⁻⁹ F, 1 µF = 10⁻⁶ F ve 1 mF = 10⁻³ F şeklindedir. NIST SI birimleri tablosu faradı coulomb/volt olarak, önekler tablosu ise bu onluk çarpanları tanımlar. Hesaplayıcıda gösterilen µ işareti mikro anlamına gelir.

Birbirini izleyen kapasite seçenekleri arasında bin kat vardır. Örneğin 220 nF = 0,22 µF = 0,00022 mF = 0,00000022 F olur. Bu dört farklı yazım tek bir kapasiteyi anlatır. Formu farklı birimlerle deneyerek ana sonucun değişmediğini kontrol edebilirsiniz. Ancak sadece nF seçimini µF yapmak ve 220 sayısını olduğu gibi bırakmak kapasiteyi bin kat artırır; sonuçta hem yük hem enerji değişir.

Gerilimin birimi ve işareti

Gerilim alanı iki uç arasındaki potansiyel farkı içindir. V doğrudan volt, kV ise bin volttur. 0,02 kV = 20 V olduğundan bu iki girdi aynı hesabı verir. Ondalıklı sayı için virgül yazabilirsiniz. Sayı kutusuna “20 V” yazmak yerine 20 yazın ve V seçin; bu ayrım, sayıdaki harf veya birim işaretinin yanlış anlaşılmasını önler.

Eksi gerilim bu hesapta bir referans yönünü ifade eder. Aynı kapasite için gerilim 5 V yerine −5 V olduğunda Q'nun işareti tersine döner; yük büyüklüğü aynı kalır. Enerjide gerilimin karesi kullanıldığı için enerji aynı kalır ve negatif olmaz. Bu matematiksel işaret, bir gerçek parçanın ters kutuplama koşuluna uygun olduğunu söylemez. Form kutuplu parça tipini veya bağlantının doğruluğunu değerlendirmez.

Sonuç satırlarını birlikte okuyun

Ana sonuç depolanan enerjidir ve birimi J'dir. “Elektrik yükü” satırı Q değerini işaretiyle verir. “Yükün mutlak büyüklüğü” satırı ise aynı yükün eksi işareti çıkarılmış büyüklüğüdür. Gerilimin referans yönünü korumak isteyenler ilk satırı, yalnızca büyüklük karşılaştıranlar ikinci satırı kullanabilir. İkisini toplamak yeni bir depolanan yük sonucu oluşturmaz; bunlar aynı hesap değerinin iki farklı sunumudur.

Farad ve volt karşılıkları girdi dönüşümlerini görünür kılar. Mikroculomb satırında coulomb değeri bir milyonla, milijoule satırında joule değeri binle çarpılır. Birim küçüldüğü için sayı büyür; fiziksel miktar değişmez. Örneğin 0,0012 C ile 1200 µC birbirine eşittir. Ana sonucu okurken yalnızca çok küçük görünen ondalığa bakmayın; yanındaki birim ve alternatif satır aynı miktarı daha anlaşılır biçimde gösterebilir.

Örnek 1: 100 µF ve 12 V

Kapasite kutusuna 100 yazıp µF, gerilim kutusuna 12 yazıp V seçin. Farad karşılığı 100 × 10⁻⁶ = 0,0001 F olur. Yük hesabı 0,0001 × 12 = 0,0012 C verir; bu aynı zamanda 1200 µC'dir. Enerji hesabında önce 12'nin karesi 144 bulunur. 0,0001 × 144 / 2 = 0,0072 J sonucu elde edilir. Milijoule karşılığı 7,2 mJ'dir.

Bu örneği birim dönüşümüyle yeniden kontrol etmek için kapasiteyi 0,1 mF veya 100000 nF yazabilirsiniz. Her durumda farad karşılığının 0,0001 kalması gerekir. Gerilimi 0,012 kV yazmak da aynı 12 V'u verir. Sonuç değişirse önce dönüşüm satırlarını karşılaştırın. Böyle bir kontrol, hesap formülünü tekrar uygulamadan sayı kutusu ile birim seçiminin birlikte doğru düzenlendiğini gösterebilir.

Örnek 2: 220 nF ve −5 V

Bu kez kapasite 220 nF, gerilim −5 V olsun. Kapasitenin farad karşılığı 0,00000022 F'dir. Q = C × V işlemi −0,0000011 C, yani −1,1 µC verir. Yükün mutlak büyüklüğü 0,0000011 C'dir. Enerji ise 0,00000022 × 25 / 2 = 0,00000275 J çıkar; milijoule karşılığı 0,00275 mJ olur. Ana sonuç küçük olduğu için bilimsel gösterimle 2,75E−6 J yazılabilir.

Gerilimi yalnızca 5 V olarak değiştirip yeniden hesaplayın. İşaretli yük 1,1 µC olurken enerji yine 0,00000275 J kalır. Bu karşılaştırmada kapasiteyi, birimleri ve gerilimin büyüklüğünü sabit tutmak gerekir. Başka bir girdiyi de değiştirmek işaret etkisini tek başına gözlemlemeyi zorlaştırır. Eksi enerji beklememelisiniz; sıfırdan büyük kapasite ve sıfır olmayan gerilim bu modelde pozitif enerji oluşturur.

Örnek 3: 2 mF ve 0,02 kV

Kapasite olarak 2 mF ve gerilim olarak 0,02 kV girin. Bunlar 0,002 F ile 20 V karşılıklarına dönüşür. Yük 0,002 × 20 = 0,04 C, mikrokulomb karşılığı 40000 µC olur. Enerji 0,002 × 20² / 2 = 0,4 J çıkar. Milijoule satırında 400 mJ görünür. Bu örnek hem kapasite hem gerilim için varsayılan dışındaki birimi kullanır.

Gerilimin birimini karıştırmanın enerjiyi nasıl etkilediğine bu örnekle bakabilirsiniz. 0,02 sayısını kV yerine V ile kullanmak gerilimi bin kat azaltır. Yük bin kat, enerji ise bir milyon kat azalır. Bunun nedeni enerji hesabında gerilimin karesinin bulunmasıdır. Dolayısıyla büyük bir fark gördüğünüzde hesapta birim seçimini ilk kontrol noktalarından biri yapın; gerilim hatası enerjiye yalnızca aynı çarpanla yansımaz.

Değişen girdiler sonucu nasıl etkiler?

Gerilim sabitken kapasiteyi iki katına çıkarmak hem yükü hem enerjiyi iki katına çıkarır. Kapasite sabitken gerilimin büyüklüğünü iki katına çıkarmak yük büyüklüğünü iki katına, enerjiyi dört katına çıkarır. Bu oranları yukarıdaki ilk örnekte deneyebilirsiniz: 100 µF ve 24 V için yük 0,0024 C, enerji 0,0288 J olur. Yeni enerji 0,0072 J'nin dört katıdır.

Kapasiteyi ve gerilimi birlikte değiştirirken iki etkinin ayrı çarpanlarını düşünün. Kapasiteyi yarıya, gerilimi iki katına almak yükü aynı bırakır; enerji iki katına çıkar. İlk örnekte 50 µF ve 24 V, yine 0,0012 C yük verir fakat 0,0144 J enerji oluşturur. Bu nedenle yalnızca yükün eşit olmasına bakarak iki farklı kapasite ve gerilim çiftinin aynı enerjiye sahip olduğunu söyleyemezsiniz.

Sıfır değerleri nasıl ele alınır?

Sıfır gerilim girildiğinde hem yük hem enerji sıfır çıkar. Sıfır kapasite de bu modelin sınır durumu olarak kabul edilir; bütün gerilimler için yük ve enerji sıfırdır. Bu seçenek matematiksel hesabın kontrolü içindir. Sonucun sıfır olması bir ölçüm yapıldığı, gerçek bir parçanın kapasitesinin sıfır olduğu veya bağlı bir devrenin durumu hakkında gözlem elde edildiği anlamına gelmez.

Sıfır kapasite durumunda araç Q²/(2C) ifadesini kullanarak sıfıra bölmez. Enerji Q × V / 2 üzerinden hesaplanır ve sıfır bulunur. Sıfırdan farklı, çok küçük sayılar ise gerçek sıfırla karıştırılmaz. Farad karşılığı veya hesaplanan sıfır olmayan yük ve enerji güvenilir sayısal alt sınırın altında kalırsa ilgili girdi alanında açıklama gösterilir. Böyle bir giriş için yanıltıcı bir sıfır sonucu verilmez.

İki hesabı düzenli biçimde karşılaştırın

Karşılaştırmaya ilk hesabın kapasitesi, gerilimi ve birimlerini birlikte yazarak başlayın. İkinci hesapta değişmesini istediğiniz tek bilgiyi düzenleyin; sonucu aldıktan sonra farad ve volt satırlarını ilk hesapla karşılaştırın. Örneğin 100 µF ve 12 V ile 200 µF ve 12 V arasında yalnızca kapasite değişir. Buna karşılık 100 µF ve 12 kV bambaşka bir gerilim senaryosudur. Sayı kutuları aynı görünse de birim seçimi hesap anlamını değiştirmiştir.

Bir hesap tablosu hazırlıyorsanız her satırda kapasite için kullanılan birim, volt karşılığı, işaretli yük ve enerji sütunu bulunması kontrolü kolaylaştırır. Ana enerji sonucunu yazarken yük satırından yanlışlıkla bir değer kopyalamamak için birimlerini de taşıyın. Sonuçlar birbirine yakınsa ekranda yuvarlanan son basamakları bir fark ölçüsü olarak kullanmayın; önce hangi girdilerin değiştiğini ve sonucun hangi hassasiyetle gösterildiğini kontrol edin. Yedi basamakla gösterilen değer daha ayrıntılı bir ölçüm yapıldığı anlamına gelmez.

Kapasiteyi ölçüm yerine nominal değerle girdiyseniz, nominal değerle bulunan enerji olarak adlandırın. Örneğin ilk örnekte 100 yerine 95 ve 105 µF kullanmak, aynı 12 V için sırasıyla 0,00684 ve 0,00756 J verir. Bunlar sizin seçtiğiniz iki ayrı girdi hesabıdır. Form bu aralığı kendiliğinden bir belirsizlik, tolerans veya olasılık aralığı olarak ilan etmez. Böyle bir yorum için kapasite bilgilerinin nasıl elde edildiğini ayrıca bilmeniz gerekir.

Küçük sayıları ve gösterimi okuyun

Bilimsel gösterimde 2,75E−6, 2,75 × 10⁻⁶ anlamına gelir; ondalık yazımı 0,00000275'tir. Küçük veya çok büyük ana sonuçlar ve satırlar yedi anlamlı basamağa kadar gösterilebilir. Hesaplanan sayı, ekrandaki basamaklarla birlikte yeniden yuvarlanarak sonraki işleme aktarılmaz. Karşılaştırmanız hassas basamaklara bağlıysa, yalnızca ekranda kısaltılmış sayıyı başka bir hesapta tam girdi olarak kullanmayın.

Girdi alanları normal sayı yazımı kabul eder; örneğin 0,00022 yazabilirsiniz. Bilimsel gösterim sonuçları okumak içindir; sayı kutusunda 2e−4 gibi bir yazım yerine ondalık karşılığını kullanın. Binlik ayırıcıyla ondalık noktayı karıştırmamak için küçük kesirli değerlerde virgül tercih edin. Bir hata mesajında alan işaretlenirse yazdığınız sayı ile seçtiğiniz birimi birlikte gözden geçirin; düzeltmeden sonra hesabı yeniden çalıştırın.

Kapsam ve hesabınızı saklama

Kapasite için girilen sayının üst sınırı seçilen birimde bir trilyon, gerilimin mutlak üst sınırı seçilen birimde bir milyardır. Bu yazılım sınırları bir ürünün çalışma aralığı değildir. İdeal hesap kapasite toleransını, kaçak akımı, eşdeğer seri direnci, gerilime bağlı kapasiteyi veya zaman içindeki şarj ve deşarj değişimini içermez. Parça seçmek için gerekli katalog koşulları bu iki girdiden çıkarılamaz.

Sonucu saklarken kapasite, gerilim, iki birim seçimi ve referans yönünü birlikte kaydedin. “Ekran görüntüsü al” seçeneği form ve sonucu aynı görselde tutmaya yardımcı olur. “Paylaş” araç sayfasının bağlantısını, “Sitenize ekleyin” ise sayfanın ekleme kodunu sunar. Bağlantıyı açan kişinin sizin değerlerinizi kendiliğinden göreceğini varsaymayın. Bir hesap örneğini iletirken kullandığınız girdileri de açıkça yazın; böylece sonuç başka biri tarafından aynı biçimde tekrar hesaplanabilir.