Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Elektrik-Elektronik Mühendisliği için Malzeme Bilgisi Bölüm III: Malzemelerin Elektriksel Özellikleri (İletkenler)

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "Elektrik-Elektronik Mühendisliği için Malzeme Bilgisi Bölüm III: Malzemelerin Elektriksel Özellikleri (İletkenler)"— Sunum transkripti:

1 Elektrik-Elektronik Mühendisliği için Malzeme Bilgisi Bölüm III: Malzemelerin Elektriksel Özellikleri (İletkenler)

2  İ letken Malzemeler  Elektrik Müh. Kullanılan İ letkenler  Kontak Yapımında Kullanılan İ letken Malzemeler  Di ğ er İ letken Malzemeler  Sıvı İ letken Malzemeler  Termo Bi-metaller  Süper İ letkenler

3 İletken Malzemeler Atomun Temel Parçaları 1.Elektronlar: Çekirdek etrafında yörüngelerde bulunurlar ve (-) yüklüdürler. Boyutları çok küçüktür. 2. Nükleus (çekirdek):  Proton: (+) yüklü parçacıktır. Elektrondan 1836 kat büyüktür.  Nötron: Yüksüzdür. Boyutları proton kadardır.

4 İletken Malzemeler  Çekirdeği çevreleyen elektronların yörünge konumları “Kabuk “ olarak adlandırılır.  Her bir kabuk 2n 2 formülü ile belirlenen elektron sayısına sahiptir.  En dıştaki kabuk “valans kabuğu” olarak adlandırılır.

5 İletken Malzemeler  Valans kabuğu, malzemenin iletkenlik özelliğini belirler.  Örne ğ in Bakır atomu (Cu) valans yörüngesinde sadece 1 elektrona sahiptir.  Bu onu iyi bir iletken kılar ve bu yörünge n=4 kabuk sayısına sahip olduğu için, 2n 2 formülüne göre 32 elektron alma kapasitesine sahiptir.

6 İletken Malzemeler  Bir atomun en dış yörüngesinde az sayıda (1-2-3) elektron varsa, bu elektronları çekirde ğ e ba ğ layan güç zayıftır.  Örne ğ in bakır atomunun son yörüngesinde 1 elektron vardır ve bu çekirdek tarafından kuvvetlice çekilmedi ğ inden çok kolayca serbest hale geçebilir.  Bakırdan yapılmış bir iletkenin iki ucuna belli bir gerilim uygulanırsa, elektronlar pilin eksi (-) ucundan artı (+) ucuna do ğ ru gitmeye başlar.  İ şte bu elektron hareketi "elektrik akımıdır". Gerilim kayna ğ ının artı ucu elektronları yakalarken, eksi ucu maddeye elektron verir.

7 İletken Malzemeler  Burada gerilimi, bir çeşit elektron pompası olarak düşünebiliriz. Gerilimin büyüklü ğ ü artarsa, elektronlar daha hızlı bir şekilde ilerlerler. Yani ortalama hızları artar.  Başka bir deyişle son yörüngesinde (valans bandı) elektron bulunduran maddeler elektrik akımını daha iyi iletirler.  En dış yörüngesinde 2 elektron bulunduran demir ve 3 elektron bulunduran alüminyumun iletkenlikleri bakıra göre azdır.

8 Enerji-Band Diyagramları

9 İletken Malzemelerin Özellikleri  İ letken malzeme denince akla önce metaller gelir.  Metallerin yalıtkanlarla karşılaştırıldı ğ ında kendi aralarında ortak özellikleri vardır. Bunlar:  Metaller atomik yapılarında elektrik akımının iletimini sa ğ layan serbest elektronları mevcuttur.  Serbest elektronların çoklu ğ u, elektrik iletimini sa ğ ladı ğ ı gibi ısı iletimini de sa ğ lar.  Üzerlerine düşen ışı ğ ın bir kısmını absorbe ederken bir kısmını da yansıtırlar.  Metaller üzerlerine bir basınç uygulandı ğ ında sıkışabilme esnekli ğ ine sahiptirler ve yo ğ unlukları fazladır.

10 Elektrik Mühendisliğinde Kullanılan İletkenler  Başta elektrik telleri olmak üzere, kablolar ve baralar iletkenlerin sıkça kullanıldıkları yerlerin başında gelmektedir.  Elektrik iletiminde kullanılacak iletkenlerin seçiminde I 2 R ısıl güç kaybına sebep olacak iletken dirençlili ğ in düşük olması istenir.  Yaygın olarak kullanılan metaller içerisinde gümüş, bakır, altın, alüminyum sayılabilir.  Bir tasarım yapılırken malzemenin maliyeti önem kazanmaktadır. Bu noktada cevher maliyeti, cevher ayrıştırma maliyeti, imalat maliyeti gibi noktalar da önem kazanmaktadır.

11 Elektrik Mühendisliğinde Kullanılan İletkenler ElemanDirençlilik (X10 -8 Ω ) Cevher Maliyeti Cevher Ayrıştırma Maliyeti İ şlenmemiş Malzeme Maliyeti ($/ton) Fabrikasyon İ şçilik Maliyeti Gümüş1.61yüksekdüşük düşük Bakır1.70orta 2700düşük Altın2.20yüksekdüşük düşük Alüminyum2.74düşükyüksek1850düşük Elektrik iletkeni olarak sıklıkla kullanılan materyallerin maliyet açısından karşılaştırılması.

12 Kontak Yapımında Kullanılan İletken Malzemeler  Bütün elektriksel kontakların görevi akım devrelerini kusursuz bir şekilde irtibatlandırmak ve kesmektir.  Bu noktada kontak malzemelerinden beklenen özellikler şu şekildedir:  Elektriksel iletkenli ğ i iyi olmalıdır.  Sabit kalan bir kontak direnci.  İ yi derecede ısıl iletkenlik.  Kavrulmanın çok az olması.  Kontakların kaynak yapmaması.  Kimyasal dayanıklılık.  Çok küçük erozyon (Bir kontaktan di ğ er bir konta ğ a eleman taşınması).  Aşınmaya karşı yüksek dayanım.

13 Kontak Yapımında Kullanılan İletken Malzemeler  Bakır :Kırmızı renkte a ğ ır bir metaldir. Kolay bükülebilir, çok ince tel levha haline getirilebilir, sıcak ve so ğ uk olarak işlenebilir.  Bakır gümüşten sonra en büyük elektriksel iletkenli ğ i olan bir metaldir.  Ayrıca ısı iletkenli ğ i de yüksek oldu ğ undan elektrik ve ısıtma endüstrisinde sıkça kullanılır.bileşikler oluşturur.  Elektronikte özellikle kontak malzemesi olarak kullanıma oldukça elverişlidir.  Bakır kontaklar zamanla havadan oksitlenerek, elektrik akımının geçişine mani olacak bileşikler oluşturur.

14 Kontak Yapımında Kullanılan İletken Malzemeler  Bakır a) bakır tel sargı b) çok telli bakır kablo

15 Kontak Yapımında Kullanılan İletken Malzemeler  Gümüş : Saf gümüş, beyaz parlak renkte yumuşak bir metaldir.  Altından sonra tel haline getirilmeye en uygun bir metal olup so ğ uk olarak işlenebilme özelli ğ ine sahiptir.  Havadan etkilenmez ancak asitlere ve endüstri gazlarına karşı dayanıklı de ğ ildir.  Ölçü aletlerinin kontaklarında, şalterlerde, kontaktörlerde, rölelerde, lehimcilikte kullanılır.

16 Kontak Yapımında Kullanılan İletken Malzemeler  Gümüş a) gümüş sargılı trafo b) gümüş kablo

17 Kontak Yapımında Kullanılan İletken Malzemeler  Altın : Saf altın (%99.95) elektrik akımını ve ısıyı iyi iletir. Hemen hemen bütün kimyasal etkilere karşı dayanıklıdır.  Ancak çok yumuşak olup kontaklarda yapışma ve kaynama e ğ ilimi gösterir.  Bu nedenle kontak malzemesi olarak saf altın nadiren kullanılır.  Gümüş, platin, nikel, kobalt, bakır ile alaşım yapmak suretiyle mekanik dayanımı yükseltilir ve kontakların yapışma e ğ ilimi azaltılır.

18 Kontak Yapımında Kullanılan İletken Malzemeler  Altın Altın kaplamalı ve altın su yollu baskı devre kartları

19 Kontak Yapımında Kullanılan İletken Malzemeler  Platin : Parlak ve beyaz renkli yumuşak bir metaldir. Havada ve yüksek ısı derecelerinde oksitlenmez ve işlenmeye elverişlidir.  Platinden yapılmış kontaklar kimyasal etkilere karşı son derece dayanıklı olup hemen hemen hiç kavrulmazlar.  Nikel, İ ridyum ve Wolfram gibi metallerle alaşım yapılarak platinin kavrulmaya karşı dayanımı daha da yükseltilebilir.  Ölçü aleti kontakları, elektrik dirençleri, paratoner uçlarında kullanılırlar.

20 Kontak Yapımında Kullanılan İletken Malzemeler  Platin

21 Kontak Yapımında Kullanılan İletken Malzemeler  Sinterleme ile Elde Edilen Kontak Malzemeleri:  Wolfram ( C) ve Molibden ( C) gibi metaller erime sıcaklıklarının çok yüksek oluşu nedeniyle ancak sinterleme yapılarak kullanılabilirler.  Sintirleme işlemi, toz halindeki parçacıkların erime sıcaklı ğ ının altında preslenmesi ile yapılmaktadır.  Bu tür kontaklar elektrik akımına ve aşınmaya karşı aşırı dayanıklılık beklenen yerlerde tercih edilirler.

22 Diğer İletken Malzemeler METALLERALAŞIMLAR AlüminyumDemirÇelik Tunç (Bakır+Kalay) Pirinç (Bakır+Çinko) ÇinkoKurşunManganez Lehim (Kurşun+Kalay) Konstantan (Nikel+Bakır) KalayNikelKadmiyum Manganin (Manganez+nikel+bakır) Nikelin (Bakır+Nikel) TungstenMolibdenKrom Krom-Nikel Sac

23 Sıvı İletken Malzemeler  Civa : Beyaz renkli, sıvı bir madendir. Oda sıcaklı ğ ında buharlaşır. Buharı zehirlidir. Elektri ğ i ve ısıyı iyi iletir. Isı de ğ işimlerine karşı hassastır.  Elektromekanik şamandıralarda kontak malzemesi ve kumanda elemanı olarak kullanılır.  Isı de ğ işimlerine çok hassas oldu ğ undan termometrev e barometre gibi bir çok alette kullanılır.

24 Sıvı İletken Malzemeler  Civa

25 Sıvı İletken Malzemeler  Su : Saf su renksiz, kokusuz ve tatsız bir sıvıdır. 0 0 C’de donar, C’de kaynar. Saf su elektrik akımı iletmez, yalıtkandır.  İ letken hale getirmek için içerisine asit veya metal tuzları konur.  Basınç arttıkça kaynama noktası artar.  Su donacak kadar so ğ utuldu ğ u zaman buz meydana gelir ve hacmi 1/10 oranında artar.  Su, akümülatör, pil elektrolitlerinin hazırlanmasında kullanılır.

26 Termo Bi-metaller  Farklı ısıl-genleşme katsayıları olan iki ayrı metal yada metal-alaşım tabakasının birbirlerine sıcak pres kayna ğ ı ile yapıştırılarak oluştururlar.  C ile C sıcaklık sahasında kullanılabilen termo bi-metaller: Nikel-Demir, Bizmut-Tellurium gibi alaşım malzemelerinden üretilirler.  Isıtıldıklarında ısıl genleşme katsayısı büyük olan metal di ğ erine nazaran daha çok uzayacaktır.  Farklı de ğ erlerde uzama sonucu bimetalde ısıl-katsayı düşük olan metal elemana do ğ ru bir bükülme meydana gelecektir.  Otomatik sigortalarda, motor güvenlik şalterlerinde, flouresans lamba ateşlemesinde, ısıtıcı cihazlarda kullanılırlar.

27 Süper İletkenler  Güç kaybı, elektriksel dirençle orantılı oldu ğ u için elektronik mühendisleri elektriksel direnci olabildi ğ ince aza indirmeyi amaç edinmişlerdir.  Metal a ğ ırlıklı bazı maddeler Tc olarak adlandırılan kritik bir sıcaklık altında elektriksel dirençliliklerini tamamen kaybederler. Bu özellikteki malzemeler süperiletken olarak adlandırılır.  Tc eşik de ğ eri, malzemeden malzemeye de ğ işiklik göstermesine ra ğ men C (150 K)’den daima düşüktür.  Ödev: Meissner olayı nedir? Süper iletkenli ğ in mühendislik uygulamalarını araştınız…


"Elektrik-Elektronik Mühendisliği için Malzeme Bilgisi Bölüm III: Malzemelerin Elektriksel Özellikleri (İletkenler)" indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları