İletken Nedir, İletkenlerin Kullanım Alanları Nerelerdir ?

İletken Nedir?
Valans yörüngesindeki elektron sayısı 4 ‘den büyük olan maddeler yalıtkan 4 ‘den küçük olan maddeler de iletkendir.

Maddenin iletkenliğini belirleyen en önemli faktör, atomlarının son yörüngesindeki elektron sayısıdır. Bu son yörüngeye “Valans Yörünge” üzerinde bulunan elektronlara da “Valans Elektron” denir. Valans elektronlar atom çekirdeğine zayıf olarak bağlıdır. Valans yörüngesindeki elektron sayısı 4 ‘den büyük olan maddeler yalıtkan 4 ‘den küçük olan maddeler de iletkendir.

Örneğin bakır atomunun son yörüngesinde sadece bir elektron bulunmaktadır. Bu da bakırın iyi iletken olduğunu belirler. Bakırın iki ucuna bir eletrik enerjisi uygulandığında bakırdaki valans elektronlar güç kaynağının pozitif kutbuna doğru hareket eder.

Bakır elektrik iletiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Sebebi ise maliyetinin düşük olması ve iyi bir iletken olmasıdır.

En iyi iletken altın, daha sonra gümüştür. Fakat bunların maaliyetinin yüksek olması nedeniyle elektrik iletiminde kullanılmamaktadır.

İletkenlerin başlıca özellikleri nelerdir?
Elektrik akımını iyi iletirler.
Atomların dış yörüngesindeki elektronlar atoma zayıf olarak bağlıdır. Isı, ışık ve elektriksel etki altında kolaylıkla atomdan ayrılırlar.
Dış yörüngedeki elektronlara Valans Elektron denir.
Metaller, bazı sıvı ve gazlar iletken olarak kullanılır.
Metaller, sıvı ve gazlara göre daha iyi iletkendir.
Metaller de, iyi iletken ve kötü iletken olarak kendi aralarında gruplara ayrılır.
Atomları 1 valans elektronlu olan metaller, iyi iletkendir. Buna örnek olarak, altın, gümüş, bakır gösterilebilir.
Bakır tam saf olarak elde edilmediğinden, altın ve gümüşe göre biraz daha kötü iletken olmasına rağmen, ucuz ve bol olduğundan, en çok kullanılan metaldir.
Atomlarında 2 ve 3 valans elektronu olan demir (2 dış elektronlu) ve alüminyum (3 dış elektronlu) iyi birer iletken olmamasına rağmen, ucuz ve bol olduğu için geçmiş yıllarda kablo olarak kullanılmıştır.

Yalıtkan Nedir?
Elektrik akımını iletmeyen maddelerdir. Bunlara örnek olarak cam, mika, kağıt, kauçuk, lastik ve plastik maddeler gösterilebilir. Elektronları atomlarına sıkı olarak bağlıdır. Bu maddelerin dış yörüngedeki elektron sayıları 8 ve 8 ‘e yakın sayıda olduğundan atomdan uzaklaştırılmaları zor olmaktadır.

Süperiletken Nedir?
Süperiletkenler, ısıları belli bir seviyeye düşürüldügünde elektrik akımına karşı dirençlerini tamamen kaybeden maddelerdir.

Bu bize, elektrik akımının sıradan iletkenlerde dirençten doğan ve ısı olarak yayılan enerji kaybını (%3 ile %10 arasındadır) engelleme olanağı verir.

Süperiletkenlerin bir başka özelliği ise kusursuz diamanyetik olmaları.Yani süperiletkenler manyetik alanı tamamen iter. Böylece süperiletken mıknatıslar yardımıyla, örneğin bir treni raylara temas etmeden hareket ettirebilir ve sürtünmeyi azalttığımız için trenin çok daha hızlı gitmesini sağlarız. Bu tip süper hızlı trenler Japonya’da kullanılmakta.

Süper iletkenlik bir maddenin direncinin çok düşük ısılarda sıfıra düşmesi halidir. Teorik açıklaması oldukça derin olsa da basit bir açıklaması şöyledir: Çok düşük ısılarda elektronlar “Cooper Çiftleri” adı verilen ikililer oluştururlar iletkenin içerisinde atomlara çarpmadan ve sonuç olarak enerji kaybetmeden hareket edebilirler. Bu ısı değişik metal ve seramikler için farklıdır ve mutlak sıfır (-273 ºC) ile -196ºC arasında değişir. Bu ısıları sağlamak kolay olmadığı için süper iletkenliğin kullanımı oldukça sınırlıdır. Şu anda ancak sıvı azot gibi yardımcı soğutucular sayesinde süper iletkenlik sağlanabilmektedir.

Yarı İletken
Aşağıdaki şekilde gördüğünüz gibi yarı iletkenlerin valans yörüngelerinde 4 elektron bulunmaktadır. Bu yüzden yarı iletkenler iletkenlerle yalıtkanlar arasında yer almaktadır.

Elektronik elemanlarda en yaygın olarak kullanılan yarı iletkenler Germanyum ve Silisyumdur. Tüm yarı iletkenler son yörüngelerindeki atom sayısını 8 ‘e çıkarma çabasındadırlar. Bu nedenle saf bir germenyum maddesinde komşu atomlar son yörüngelerindeki elektronları Kovalent bağ ile birleştirerek ortak kullanırlar.

Atomlar arasındaki kovalent bağ germanyuma kristallik özelliği kazandırır. Silisyum maddeside özellik olarak germanyumla hemen hemen aynıdır. Fakat yarı iletkenli elektronik devre elemanlarında daha çok silisyum kullanılır. Silisyum ve Germanyum devre elemanı üretiminde saf olarak kullanılmaz. Bu maddelere katkı katılarak Pozitif ve Negatif maddeler elde edilir. Pozitif (+) maddelere “P tipi”, Negatif (-) maddelerede “N tipi” maddeler denir.

Yarı iletkenlerin başlıca özellikleri nelerdir?
İletkenlik bakımından iletkenler ile yalıtkanlar arasında yer alırlar.
Normal halde yalıtkandırlar.
Ancak ısı, ışık ve magnetik etki altında bırakıldığında veya gerilim uygulandığında bir miktar valans elektronu serbest hale geçer, yani iletkenlik özelliği kazanır.
Bu şekilde iletkenlik özelliği kazanması geçici olup, dış etki kalkınca elektronlar tekrar atomlarına dönerler.
Tabiatta basit eleman halinde bulunduğu gibi laboratuarda bileşik eleman halinde de elde edilir.
Yarı iletkenler kristal yapıya sahiptirler. Yani atomları kübik kafes sistemi denilen belirli bir düzende sıralanmıştır.
Bu tür yarı iletkenler, yukarıda belirtildiği gibi ısı, ışık, etkisi ve gerilim uygulanması ile belirli oranda iletken hale geçirildiği gibi, içlerine bazı özel maddeler katılarak ta iletkenlikleri arttırılmaktadır.
Katkı maddeleriyle iletkenlikleri arttırılan yarı iletkenlerin elektronikte ayrı bir yeri vardır. Bunun nedeni aşağıdaki elektronik devre elemanlarının üretiminde kullanılmalarıdır.

Üretici şirketlerin yaygın olarak kullandıgı bazı yarı iletken maddeler ve kullanım alanları
-Azot (N): N tipi yarı iletken oluşturmada.
-Antimuan (Sb): N tipi yarı iletken oluşturmada.
-Arsenik (Ar): N tipi yarı iletken oluşturmada.
-Fosfor (P): N tipi yarı iletken oluşturmada.
-Germanyum (Ge): Diyot, transistör, entegre vb. yapımında.
-Silisyum (Si): Diyot, taransistör, entegre vb. yapımında.
-Bor (B): P tipi yarı iletken oluşturmada.
-Galyum: P tipi yarı iletken oluşturmada.
-ındiyum (In): P tipi yarı iletken oluşturmada.
-Selenyum (Se): Diyot yapımında.
-Bakıroksit (Cu2O): Diyot yapımında.
-Galyum arsenik (GaAs): Tunel diyot, laser diyot, foto diyot, led yapımında.
-ndium fosfor (InP): Diyot, transistör yapımında.
-Kursun sülfür (PbS): Günes pili (fotosel, solarcell) yapımında.

İletkenlerin Kullanım Alanları

JET HIZINDA TRENLER
Süperiletken maddelerde görülen manyetik itme kuvveti (Meissner etkisi),Batı ülkelerinde halk arasında “uçan trenler” diye adlandırılan, manyetik yastık üzerinde kayan MAGLEV trenlerinin yapılması fikrini doğurmuştur. Başta Japonya ve Almanya olmak üzere MAGLEV trenleri üzerinde yapılan araştırmalarda bugüne kadar 500 km/h hıza ulaşılmış bulunulmaktadır. Bu, neredeyse ortalama bir jet uçağının optimum uçuş hızına yakındır.

Japonya da geliştirilen, süperiletken MAGLEV trenleri, özel bir ray üzerinde, aracın her iki ucunda bulunan süper soğutmalı, süperiletken mıknatıslar vasıtası ile yükseltiliyor. Tren hareket ettiğinde raydaki iletkenlere verilen elektrik akımı bir itme gücü oluşturuyor. Tren 100km/h hızı aştığı anda, tekerlekleri içe katlanıyor ve hat üzerinde havlanmaya başlıyor. Yani tren, sürtünmesiz bir ortamda hattın üzerinde adeta uçmaya başlıyor. Enerji tasarrufu içinde ısınan mıknatıslar bir soğutma sistemi ile soğutuluyor. MAGLEV trenini istendiğinde durdurmak için ise, akım yönü tersine çevriliyor. İleriye doğru hızla akan aracın kütlesi, bu sefer zıt yönde bir itme gücü ile durduruluyor.Bu, tıpkı uçaklarda piste inişten sonra kullanılan motor freni gibidir.

BÜTÜN SIR MIKNATISLARDA
Süperiletken maddenin en önemli özelliklerinde biri mükemmel diyamanyetik olmalarıdır.1933 yılında, Messnir ve Ochsenfeld, bir metalin süperiletken olduktan sonra,içinden manyetik akım geçişine izin vermediğini gösterdiler.Şöyle ki, kritik sıcaklığın altında soğutulmuş bir süperiletken, üstten hafif fakat güçlü bir mıknatısa yaklaştırıldığında, süperiletken parça havada kalacaktır.Buna, süperiletken metallerin ^^levitasyon^^özelliği denmektedir.

SÜPERİLETKENLERİN UYGULAMA ALANLAR
Süperiletkenlerin kullanılmasıyla elde edilen ürünler, “süperiletken kablo ve mıknatıslar” ile “süperiletken film ve Josephsoneklemi ve bunların bileşiminden oluşan mikro devreler” olmak üzere iki ana grupta toplanmaktadır.

YÜKSEK ENERJİ FİZİĞİ
Süperiletkenler sayesinde yüksek manyetik akım yoğunluğu elde edilebildiğinden, halk arasında “emar” olarak bilinen “magnetik rezonans(MR) görüntüleme” cihazları geliştirilmiş ve tıbbi teşhis alanında önemli bir mesafe kat edilmiştir.

SÜPERİLETKEN KABLOLAR
1000 KW ve 10 GVA gibi, bugüne kadar hayali bile mümkün olmayacak derecede yüksek kapasitede enerji iletim kablolarının üretimi gerçekleştirilmiştir.Bu kabloların henüz çok kırılgan olmaları nedeniyle, bilimsel araştırmalar devam etmektedir.

DEMİR YOLU TAŞIMACILIĞI
Süperiletkenlerle elde edilen güçlü manyetik alan vasıtası ile hareket eden MEGLAV trenleri geliştirilmiştir.

ARÇACIK ÇARPIŞTIRICILARI
Parçacık fiziği deneylerinde kullanılan parçacık çarpıştırıcılarında ışık hızına yakın hızlarda hareket eden atom altı parçacıklarının merkeze bağlı tutulabilmesi için gerekli olan güçlü mıknatıslar, ancak süperiletkenlerle yapılabilmektedir.Bu mıknatıslar gereken enerjinin büyüklüğü, çoğu zaman istenilen enerji düzeyinde deneylerin yapılmasını mümkün kılmamaktadır.Ancak, mıknatısların süperiletkenlerden yapılması ile ileri düzeyde deneyler yapılabilmektedir.

ELEKTRONİK DEVRELER
Hemen tüm elektronik devrelerde ve özelliklede entegre devrelerde ara bağlantılarda kullanılan iletkenlerin dirençlerinden kaynaklanan sorunlar, önemli bir maliyet unsuru olmaktadır.Bu sorunların, süperiletkenlerin kullanılması ile giderilebileceği düşünülmektedir.

PARÇACIK HIZLANDIRICIDAN ‘NANOROBOT’A
Burada, süperiletkenlerin çeşitli kullanım alanları arasında önemli bir yer tutan, bilimsel araştırmalarda deney imkanlarının geliştirilmesine yaptığı katkıya bir örnek vermek gerekiyor.

Kaynak ; internet

Son gelen arama terimleri :

  • iletken maddelerin kullanim alanlari (29)
  • iletken ve yalıtkan maddelerin kullanım alanları (27)
  • süper iletken nerelerde kullanılır (2)
  • yarı iletken teknolojisi hangi alanlarda kullanilir (2)
  • yarı iletkenlerin kullanım alanları (2)
  • maglev treninde altin ve gumus kullaniliyor mu (1)

Bunları da sevebilirsiniz

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir