Elektrik İletkenleri: Tanım Türler ve Özellikler
Bir elektrikiletken, elektrik yükünün az dirençle geçmesine izin veren bir maddedir. Elektrik iletkanları genellikle bakır, gümüş, altın, alüminyum ve demir gibi metallerdir. Bu maddeler, bir elektrik alanına maruz kaldığında kolayca hareket edebilecek birçok serbest elektronu vardır. Elektrik iletkanları, elektrik akımını taşıyan telle, kablolar, devreler ve diğer cihazlar için kullanılır.
Elektrik Iletken Nedir?
Bir elektrik iletkanı, yükün bir veya daha fazla yönde akmasına izin veren bir nesne veya malzeme olarak tanımlanır. Metal malzemeler yaygın elektrik iletkanlarıdır, çünkü metaller yüksek iletkenlik ve düşük direnç değerine sahiptir.
Elektrik iletkanları, bu malzemenin atomları arasında elektronların yayılma hızıyla ilerlemesine izin verir. Yayma bandı, elektronların malzeme içinde özgürce hareket edebileceği enerji seviyesidir. İletken, gevşek bağlanmış valans elektronlarına sahip atomlardan oluşur. Bu elektronlar, bir elektrik alanı veya termal etki tarafından uyarılabilir. Bir elektron valans bandından yayma bandına geçtiğinde, geride pozitif bir delik bırakır ve bu delik de bir yük taşır.
Elektrik iletkanları, metaller, metal alaşımları, elektrolitler veya grafit ve iletken polimerler gibi bazı metale olmayan maddeler olabilir. Bu maddeler, elektriğin (yani yükün akışının) kolayca geçmesine izin verir.
İletken Nasıl Akım Taşır?
İletkende ki akım, yükün iletkenin kesit alanında geçen hızıdır. Akım, elektrik alanına ve malzemenin iletkenliğine orantılıdır. Elektrik alanı, potansiyel fark yani gerilim ile oluşturulur. Iletkenlik, malzemenin yükün geçmesine ne kadar kolaylık sağladığının ölçüsüdür.
Bir potansiyel fark iletkeye uygulandığında, yayma bandındaki elektronlar enerji kazanır ve voltaj kaynağının negatif terminalinden pozitif terminaline doğru sürüklenmeye başlar. Akımın yönü, elektron akışının yönünün tersidir, çünkü akım pozitif yükün akışı olarak tanımlanır. Elektronlar, iletken içindeki atomlar ve diğer elektronlarla çarpışır, bu da direnç ve ısı üretme nedeni olur. Direnç, malzemenin yükün geçmesine karşı ne kadar direnç gösterdiğini ölçer.
İletkendeki akım, şunlara bağlı olarak değişir:
İletkende ki potansiyel fark
İletkenin uzunluğu ve kesit alanı
Malzemenin sıcaklığı ve bileşim
Malzemedeki kirleticiler veya defektler
Elektrik Iletkenlerinin Özellikleri Nelerdir?
Elektrik iletkanlarının bazı ana özellikleri şunlardır:
Yüksek iletkenliğe ve düşük dirençliğe sahiptir
Yayma bandlarında birçok serbest elektronu vardır
Valans bandı ve yayma bandı arasında herhangi bir enerji boşluğu yoktur
Pozitif iyonlarla çevrili elektron bulutundan oluşan bir kafes yapısına sahiptir
İçlerinde sıfır elektrik alan ve sıfır yük yoğunluğu vardır
Yalnızca yüzeylerinde serbest yükleri vardır
Yüzeylerine dik bir elektrik alanları vardır
Elektrik Iletkenlerinin Türleri Nelerdir?
Elektrik iletkanları, Ohm kanunu'na uygun tepkilerine dayanarak sınıflandırılabilir. Ohm kanunu, iletkendeki akımın, üzerinden olan potansiyel farkla doğrusal orantılı olduğunu ve direnciyle ters orantılı olduğunu belirtir.
Ohm İletkenleri
Ohm iletkenleri, herhangi bir potansiyel fark ve sıcaklıkta Ohm kanunu'na uyan maddelerdir. Gerilim ve akım arasındaki ilişkisi doğrusaldır, bu da direncinin sabit olduğu anlamına gelir. Çoğu metal normal koşullarda Ohm iletkenidir.
Örnekler: Gümüş, bakır, alüminyum, demir vb.
Non-Ohm İletkenleri
Non-Ohm iletkenleri, herhangi bir potansiyel fark veya sıcaklıkta Ohm kanunu'na uymayan maddelerdir. Gerilim ve akım arasındaki ilişkisi doğrusal değildir, bu da direncinin uygulanan gerilime göre değiştiği anlamına gelir. Non-Ohm iletkenler, gerilim arttıkça akım azaldığı negatif direnç veya gerilim arttıkça akım arttığı ancak orantısız olarak pozitif direnç gösterebilir. Bazı non-ohm iletkenler ayrıca, altında hiçbir akım akmayacak bir eşiği olabilir.
Katı İletkenler
Katı iletkenler, sabit bir şekle ve hacme sahip maddelerdir. Daha da ayrıntılı olarak metalle ve metale olmayan iletkenlere ayrılabilirler.
Metal iletkenler: Yüksek iletkenliğe ve düşük dirençliğe sahip metaller veya metal alaşımlar. Pozitif iyonlarla çevrili serbest elektron bulutlarından oluşan bir kafes yapısı vardır. Bazı örnekler: gümüş, bakır, altın, alüminyum, demir, latun, bronz vb.
Metale olmayan iletkenler: Yapılarında bazı serbest elektronlar veya iyonlara sahip metale olmayan maddeler. Metallere göre daha düşük iletkenliğe ve daha yüksek dirençliğe sahiptir. Bazı örnekler: grafit, karbon nanotüp, grafen vb.
Sıvı İletkenler
Sıvı iletkenler, sabit bir şekle sahip olmasalar da sabit bir hacme sahip maddelerdir. Daha da ayrıntılı olarak metalle ve metale olmayan iletkenlere ayrılabilirler.
Metal iletkenler: Oda sıcaklığında veya ısıtıldığında sıvı hâlde olan metaller. Yüksek iletkenliğe ve düşük dirençliğe sahiptir. Katı metallerin benzer bir yapısına sahiptir, ancak daha fazla interatomik aralık ve hareketlilik gösterir. Bir örnek: civa.
