Elektriksel İletkenlerin Özellikleri

Bir elektrikiletken, potansiyel fark uygulandığında elektrik yüklerinin kolayca geçmesine izin veren bir malzemedir. Elektrikiletkenler, tesisat, iletim hatları, elektrik makineleri, ısıtma elemanları, elektrostatik ekranlama ve daha fazlası gibi birçok uygulamada önemlidir. Bu makalede, elektrikiletkenlerin özelliklerini, tiplerini, örneklerini ve uygulamalarını inceleyeceğiz.

Elektrikiletken Nedir?

Elektrikiletken, bir elektrik akımı taşımak için özgür elektronlar veya iyonlara sahip olan malzeme olarak tanımlanır. Bir elektrik alanı uygulandığında bu malzemeler elektrik akımını taşıyabilir. Malzemenin elektriği iletmek kabiliyetine iletkenlik denir. Iletkenin tersi olan yalıtıcı, çok az veya hiç özgür elektron veya iyonu olup, elektrik akımının geçmesine izin vermez.

Bir malzemenin iletkenliği, atomik yapısı, sıcaklık, kirleticiler ve dış etkiler gibi birkaç faktöre bağlıdır. Genel olarak, metaller en dış kabuklarında kolayca bir atomdan diğerine hareket edebilecek birçok özgür elektron bulundurduğu için yüksek iletkenliğe sahiptir. İyi iletkenler arasında gümüş, bakır, altın, alüminyum, demir ve grafit sayılabilir. Metallerin aksine, non-metaller en dış kabuklarında çok az veya hiç özgür elektron bulundurdukları ve bunları sıkıca tuttukları için düşük iletkenliğe sahiptir. Bazı yalıtıcı örnekleri kauçuk, cam, ahşap, plastik ve hava olabilir.

Bazı malzemeler, iletkenler ve yalıtıcılar arasında orta düzeyde iletkenliğe sahiptir. Bu malzemelere yarıiletkenler denir ve elektronik ve bilgisayar teknolojisinde yaygın olarak kullanılır. Bazı yarıiletken örnekleri silikon, germenyum, galyum arsenit ve karbon nanotüp'lerdir.

Elektrikiletkenlerin Özellikleri

Elektrik iletkenleri dengede olduğunda bazı ortak özellikler gösterir. Bu özellikler şunlardır:

• Direnç: Direnç, bir iletkenin elektrik akımının akışına ne kadar karşı olduğunu ölçer. Bu, malzemenin direnç katsayısı, uzunluğu, kesit alanı ve sıcaklığına bağlıdır. Direnç katsayısı, bir malzemenin birim uzunluk ve alan başına direncini belirleyen içsel bir özelliğidir. İletkenlik ile ters orantılıdır. İletkenler düşük direnç katsayısına ve düşük dirençe sahiptir, izolatörler ise yüksek direnç katsayısına ve yüksek dirençe sahiptir. Direnç, bir iletken içindeki bazı elektrik enerjilerinin ısı enerjisine dönüştürülmesine neden olur. Buna Joule ısınması veya ohmik ısınma denir.

• Endüktans: Endüktans, bir iletkenin üzerinden akan elektrik akımındaki değişikliğe ne kadar karşı olduğunu ölçer. Bu, iletkenin şekline, boyutuna, yönelimine ve düzenlemesine bağlıdır. Endüktans, bir iletken aracılığıyla elektrik akımı aktarırken etrafında bir manyetik alan oluşturmasına neden olur. Bu manyetik alan, aynı veya yakın iletkenlerde akım değişikliğine karşı bir elektromotif kuvvet (EMF) oluşturabilir. Bunlara sırasıyla kendinden endüktans veya karşılıklı endüktans denir. Endüktans, bir iletkenin gerilim düşümünü ve değişken akım (AC) beslenmesi için kullanıldığında akım dağılımını etkiler.

• İçindeki elektrik alanı sıfır olan iletken: Mükemmel bir iletkenin içindeki elektrik alanı sıfırdır çünkü herhangi bir elektrik alanı serbest elektronlara bir kuvvet uygular ve onları dengeye ulaşana kadar hızlandırır. Dengede, serbest elektronlar üzerindeki net kuvvet sıfırdır ve hareket etmezler. Bu, iletkenin içinde potansiyel farkı olmadığı ve tüm noktaların aynı potansiyelde olduğu anlamına gelir. Bu özellik, iletkenleri elektrik ekipmanlarının elektrostatik koruması için uygun hale getirir.

• İçindeki yük yoğunluğu sıfır olan iletken: Mükemmel bir iletkenin içindeki yük yoğunluğu sıfırdır çünkü herhangi bir yük, iletkenin yüzeyine itilecek şekilde bir elektrik alan oluşturur. Benzer yükler (elektronlar) arasındaki karşılıklı elektrostatik itme kuvveti, onları iletkenin dış yüzeyine, mümkün olduğunca uzakta olacak şekilde iter. Bu, iletkenin içinde yük olmadığını ve sadece serbest yükün yüzeyde bulunduğunu ifade eder.

• Serbest yük yalnızca iletkenin yüzeyinde bulunur: Yukarıda tartışıldığı gibi, serbest yük (elektronlar) elektrostatik itme nedeniyle iletkenin içinde değil, yalnızca yüzeyinde bulunur. Yüzeydeki serbest yükün miktarı ve dağılımı, iletkenin şekline, boyutuna ve uygulanan dış elektrik alanına bağlıdır.

• İletken yüzeyindeki elektrik alanı yüzeye diktir: Mükemmel bir iletkenin yüzeyindeki elektrik alanı, herhangi bir teğetsel bileşenin serbest elektronların yüzey boyunca hareket etmesine ve bu teğetsel bileşeni yok edinceye kadar hareket etmelerine neden olmasından dolayı yüzeye diktir (perpendicular). Bu, yüzeyde elektrik alanının paralel bir bileşeninin bulunmadığı ve yalnızca dik bir bileşenin var olduğu anlamına gelir.

Elektrik İletkenlerinin Türleri

Elektrik iletkenleri, yapıları, bileşimleri, davranışları ve uygulama alanlarına göre farklı türler halinde sınıflandırılabilir. Yaygın bazı türler şunlardır:

• Metalik iletkenler: Serbest elektronları nedeniyle yüksek iletkenliğe sahip olan metallerden veya alaşımlardan yapılan iletkenlerdir. Kablolama, iletim hatları, elektrik makineleri, elektrik kontakları vb. için yaygın olarak kullanılırlar. Bazı örnekler gümüş (Ag), bakır (Cu), altın (Au), alüminyum (Al), demir (Fe) vb.'dir.

• İyonik iletkenler: Suda çözündüğünde veya sıvı hâle eridiğinde serbest iyonlara sahip olmaları nedeniyle yüksek iletkenliğe sahip iyonik bileşiklerden yapılan iletkenlerdir. Elektroliz, piller, yakıt hücreleri vb. için kullanılırlar. Bazı örnekler sodyum klorür (NaCl), potasyum hidroksit (KOH), sülfürik asit (H2SO4) vb.'dir.

• Moleküler iletkenler: Birbirleriyle örtüşebilen lokalize olmayan elektronlara veya moleküler orbitallere sahip olmaları nedeniyle yüksek iletkenliğe sahip moleküllerden yapılan iletkenlerdir. Organik elektronik, nanoteknoloji vb. için kullanılırlar. Bazı örnekler grafit ©, karbon nanotüpler (CNT'ler), poliasetilen (PA) vb.'dir.

• Süperiletkenler: Belirli bir kritik sıcakmenin altına soğutulduklarında sıfır dirence ve sonsuz iletkenliğe sahip olan iletkenlerdir. Ayrıca Meissner etkisi, sürekli akım, kuantum süspansiyonu vb. gibi diğer fenomenleri de gösterirler. Süperiletken mıknatıslar, kuantum bilgisayarlar, tıbbi görüntüleme vb. için kullanılırlar. Bazı örnekler cıva (Hg), kurşun (Pb), itriyum baryum bakır oksit (YBCO) vb.'dir.

Elektrik İletkenlerinin Uygulamaları

Elektrik iletkenlerinin bilim, mühendislik ve teknolojinin çeşitli alanlarında birçok uygulaması vardır. Yaygın bazı uygulamalar şunlardır:

• Kablolar: Kablolama, elektrik iletkenlerinin en yaygın kullanım alanlarından biridir. Bakır veya alüminyum gibi metalik iletkenlerden yapılan tellerle farklı elektrikli cihazların veya bileşenlerin birbirine bağlanması işlemidir. Kablolama, elektriğin kayıp veya girişim olmadan bir noktadan diğerine taşınmasını sağlar.

• Yayın hatları: Yayın hatları uzun mesafeler boyunca yüksek gerilimli değişen akım (HVAC) veya dirençli akımı (HVDC) taşıyan özel tel veya kablolarıdır. Elektrik santrallerinden alt santrallere veya tüketicilere kadar taşır. Yayın hatları alüminyum veya çelik çekirdek veya optik fiberlerle güçlendirilmiş metalle iletkenler kullanır. Yayın hatları, elektriğin minimum kayıp veya interferans ile etkin bir şekilde iletilmesini sağlar.

• Elektrik makineleri: Elektrik makineleri, elektrik enerjisini mekanik enerjiye veya tam tersine dönüştüren cihazlardır. Bunlar motorlar, jeneratörler, dönüşüm kutuları, vb. içerir. Elektrik makineleri, sarımlar, bobinler veya armatürler için bakır veya alüminyum gibi metalle iletkenler kullanır. Elektrik makineleri, elektriğin faydalı iş veya güç olarak dönüştürülmesini sağlar.

• Isıtma elemanları: Isıtma elemanları, dirençli ısıtma etkisi kullanarak elektrik enerjisini ısı enerjisine dönüştüren cihazlardır. Bunlar parlak ışık lambaları, elektrikli ısıtıcılar, fırınlar, vb. içerir. Isıtma elemanları, filamları, telleri veya bobinleri için wolfram veya nichrome gibi metalle iletkenler kullanır. Isıtma elemanları, aydınlatma, pişirme, eritme, vb. çeşitli amaçlar için ısı üretmeyi sağlar.

• Elektrostatik koruma: Elektrostatik koruma, duyarlı elektrik ekipmanlarını dış elektrik alanlarından veya yüklerden korumak için elektrik iletkenlerini kullanan bir tekniktir. Bu, ekipmanı metal veya folie gibi iletken bir malzemeyle kaplamayı içerir. Elektrostatik koruma, statik elektrik, yıldırım, elektromanyetik radyasyon, vb. nedeniyle istenmeyen interferans veya hasardan korur.

Çıkarım

Elektrik iletkenleri, elektrik akışı ile ilgili birçok uygulama için vazgeçilmezdir. Farklı amaçlara uygun hale getiren çeşitli özelliklere, tiplere, örneklerine ve uygulamalarına sahiptir. Elektrik iletkenlerinin özelliklerini ve davranışını anlayarak, günlük hayatımızda ve bilim, mühendislik ve teknoloji alanlarında daha etkili ve verimli bir şekilde kullanabiliriz.

Bildiri: Orijinali saygıyla değerlendirin, iyi makaleler paylaşılabilir, eğer telif hakkı çarpıttığı olursa lütfen silme isteyin.