Elektrik İletkenleri Nedir?

Elektriksel İletken Nedir?

Elektriksel İletken Tanımı

Elektriksel bir iletken, elektronların hareketi nedeniyle elektrik yükünün kolayca akmasına izin veren bir malzemedir.

Elektriksel bir iletken, yükün bir veya daha fazla yönde akmasına izin veren bir nesne veya malzeme olarak tanımlanır. Metal malzemeler yaygın elektriksel iletkenlerdir, çünkü metaller yüksek iletkanlık ve düşük dirençlidir.

Elektriksel iletkenler, elektronların iletken band içinde atomlar arasında sürüklenme hızında seyahat etmesine olanak tanır. Bu iletkenler, elektrik veya termal etkiyle kolayca uyarılabilen gevşek bağlı valans elektronları olan atomlardan oluşur. Bir elektronun valans bandından iletken bandına geçişi, pozitif bir delik bırakır ve bu da yük hareketine katkıda bulunur.

Elektriksel iletkenler, metaller, metal alaşımları, elektrolitler veya grafitten ve iletken polimerlerden oluşan bazı meta olmayan maddeler olabilir. Bu maddeler, elektriğin (yani yükün akışının) onlar aracılığıyla kolayca geçmesine izin verir.

İletken Akımı Taşır

Bir iletkendeki akım, yükün kesit alanı üzerinden akış hızını temsil eder ve hem elektrik alanın hem de iletkenin iletkanlığına orantılıdır. Bu elektrik alan, iletkenin ucundaki gerilim farkından kaynaklanırken, iletkanlık malzemenin yük akışına ne kadar kolay izin verdiğini ölçer.

Bir iletkenin üzerine potansiyel fark uygulandığında, iletken bandındaki elektronlar enerji kazanır ve voltaj kaynağınn negatif terminalinden pozitif terminaline doğru sürüklenmeye başlar. Akımın yönü, elektron akışının yönünün tersidir, çünkü akım pozitif yükün akışı olarak tanımlanır. Elektronlar, iletkenin içindeki atomlar ve diğer elektronlarla çarpışır, bu da direnç ve ısı üretimi nedeni olur. Direnç, malzemenin yükün akışına karşı ne kadar direnç gösterdiğini ölçer.

Bir iletkenin akımı, şunlara bağlı olarak değişir:

• İletkenin üzerindeki potansiyel fark

• İletkenin uzunluğu ve kesit alanı

• Malzemenin sıcaklığı ve bileşimi

• Malzemedeki kirletici maddeler veya kusurların varlığı

Elektriksel İletkenlerin Özellikleri

• Yüksek iletkanlık ve düşük dirençlidir

• İletken bandlarında birçok serbest elektronu vardır

• Valans bandları ile iletken bandları arasında enerji boşluğu yoktur

• Pozitif iyonların oluşturduğu bir kafes yapısını çevreleyen elektron bulutuna sahiptir

• İçlerinde sıfır elektrik alan ve sıfır yük yoğunluğu vardır

• Sadece yüzeylerinde serbest yükleri vardır

• Yüzeylerine dik bir elektrik alan vardır

İletken Türleri

Ohmik İletkenler

Ohmik iletkenler, herhangi bir potansiyel fark ve sıcaklıkta Ohm yasasına uyan maddelerdir. Gerilim ve akım arasında doğrusal bir ilişki vardır, bu da direncinin sabit olduğunu gösterir. Çoğu metal, normal koşullarda ohmik iletkenlerdir.

Non-Ohmik İletkenler

Non-ohmik iletkenler, herhangi bir potansiyel fark veya sıcaklıkta Ohm yasasına uymayan maddelerdir. Gerilim ve akım arasında doğrusal olmayan bir ilişki vardır, bu da direncinin uygulanan gerilime göre değiştiğini gösterir. Non-ohmik iletkenler, gerilim arttıkça akım azaldığı negatif direnç veya gerilim arttıkça akım arttığı ancak orantısız olduğu pozitif direnç gösterebilir. Bazı non-ohmik iletkenler, belirli bir eşiğin altında hiç akım akışına izin vermeyen bir eşiğe sahip olabilir.

Katı İletkenler

Katı iletkenler, sabit bir şekli ve hacmi olan maddelerdir. Bunlar, metalli ve meta olmayan iletkenlere ayrılabilir.

• Metalli iletkenler: Bu, yüksek iletkanlık ve düşük dirençlilikte olan metaller veya metal alaşımlardır. Pozitif iyonların oluşturduğu bir kafes yapısını çevreleyen serbest elektron denizi vardır. Bazı metal iletken örnekleri gümüş, bakır, altın, alüminyum, demir, latün, bronz gibi maddelerdir.

• Meta olmayan iletkenler: Bu, yapılarında bazı serbest elektronlar veya iyonlar olan meta olmayan maddelerdir. Metallere göre daha düşük iletkanlık ve daha yüksek dirençlidir. Bazı meta olmayan iletken örnekleri grafit, karbon nanotüp, grafen gibi maddelerdir.

Sıvı İletkenler

• Sıvı iletkenler: Sabit bir şekli olmayan ama sabit bir hacmi olan maddelerdir. Bunlar, metalli ve meta olmayan iletkenlere ayrılabilir.

• Metalli iletkenler: Bu, oda sıcaklığında veya ısıtıldığında sıvı hale gelen metallerdir. Yüksek iletkanlık ve düşük dirençlidir. Katı metallerle benzer bir yapıya sahip ancak daha fazla interatomik boşluk ve mobilitedir. Bir metal sıvı iletken örneği cıva'dır.

• Meta olmayan iletkenler: Bu, çözünmüş iyonlar veya yük taşıyıcı moleküller içeren sıvı maddelerdir. Metallere göre daha düşük iletkanlık ve daha yüksek dirençlidir. Polar veya iyonik çözünürlülerin bir çözücü içindeki yapısıdır. Bazı meta olmayan sıvı iletken örnekleri tuz suyu, asit çözeltileri, elektrolitler gibi maddelerdir.

Elektriksel İletkenlerin Iletkenliğine Etki Eden Faktörler

Bir elektriksel iletkenin iletkanlığı, şunlara bağlı olarak değişir:

• Serbest yük taşıyıcılarının türü ve sayısı: Malzemedeki serbest elektronlar veya iyonlar ne kadar çoksa, iletkanlığı o kadar yüksek ve dirençliği o kadar düşük olur.

• İletkenin boyutu ve şekli: İletken ne kadar uzun ve inceyse, iletkanlığı o kadar düşük ve dirençliği o kadar yüksek olur.

• İletkenin sıcaklığı: İletkenin sıcaklığı ne kadar yüksekse, iletkanlığı o kadar düşük ve dirençliği o kadar yüksek olur. Bu, atomların ve elektronların termal titreşimlerinin, çarpışmaları artırarak yük taşıyıcılarının mobilitesini azaltması nedeniyledir.

• İletkende bulunan kirletici maddeler veya kusurlar: İletkende bulunan kirletici maddeler veya kusurlar ne kadar çoksa, iletkanlığı o kadar düşük ve dirençliği o kadar yüksek olur. Bu, kirletici maddeler veya kusurların, yük taşıyıcılarının ortalama serbest yolunu azaltarak saçılma merkezleri olarak çalışması nedeniyledir.

• Uygulanan elektrik alanının frekansı: Uygulanan elektrik alanının frekansı ne kadar yüksekse, iletkanlığı o kadar düşük ve reaktansı o kadar yüksek olur. Bu, yüksek frekanslarda, yük taşıyıcılarının elektrik alanındaki hızlı değişimleri takip edememesi ve karşıt bir manyetik alan oluşturması nedeniyledir.

Elektriksel İletkenlerin Uygulamaları

Elektriksel iletkenler, elektrik akımı ve elektrik alanları ile ilgili birçok bilimsel ve mühendislik alanında kullanılır. Bazı belirgin uygulamalar şunlardır:

• Elektrik kabloları: Elektrik kabloları, güç kaynaklarından yüklerin başına elektrik akımı taşıyan bakır veya alüminyum iletkenlerden yapılmıştır. Kısa devreler ve elektrik şoklarını önlemek için yalıtım malzemeleri ile kaplanırlar.

• Elektrik devreleri: Elektrik devreleri, elektrik akımı kullanarak belirli işlevleri gerçekleştiren elektrik bileşenlerinin ağlarıdır. Kablolar, dirençler, kondansatörler, endüktörler, diyotlar, transistörler gibi çeşitli tipte iletkenlerden yapılmıştır.

• Elektrik makineleri: Elektrik makineleri, elektrik akımı ve manyetik alanlar kullanarak elektrik enerjisini mekanik enerjiye veya tam tersi dönüştüren cihazlardır. Bobin, sarım, rotor, stator, armatür gibi çeşitli tipte iletkenlerden yapılmıştır.

• Elektrik sensörleri: Elektrik sensörleri, sıcaklık, basınç, ışık, ses gibi fiziksel nicelikleri algılayıp bunları elektrik sinyallerine dönüştüren cihazlardır. Elektrot, kablolar, bobin, direnç, kondansatör gibi çeşitli tipte iletkenlerden yapılmıştır. Bazı elektrik sensör örnekleri termokopler, fotodiyotlar, LDR'ler, piezoelektrik sensörler gibi maddelerdir.

Sonuç

Elektriksel iletkenler, elektrik akımı ve elektrik alanları ile ilgili birçok uygulamada hayati öneme sahip maddelerdir. Farklı türleri, özellikleri ve iletkanlıklarını etkileyen faktörleri vardır. Ayrıca, çeşitli fiziksel olayları algılamak ve ölçmek için çeşitli tipte elektrik sensörler yapmak için de kullanılırlar. Elektriksel iletkenler, çeşitli endüstri ve alanların taleplerini karşılamak için sürekli yeni teknolojiler ve yeniliklerle gelişmekted