İletkenlik Elektrik iletkenlik, malzeme içerisinde atomik boyutlarda “yük taşıyan elemanlar” (charge carriers) tarafından gerçekleştirilir. Bunlar elektron.

... konulu sunumlar: "İletkenlik Elektrik iletkenlik, malzeme içerisinde atomik boyutlarda “yük taşıyan elemanlar” (charge carriers) tarafından gerçekleştirilir. Bunlar elektron."— Sunum transkripti:

1 İletkenlik Elektrik iletkenlik, malzeme içerisinde atomik boyutlarda “yük taşıyan elemanlar” (charge carriers) tarafından gerçekleştirilir. Bunlar elektron veya elektron boşluklarıdır. Bunların yük değerleri: 0.16 x 10 -18 C.

2 V: volt, I: akım, R: direnç  : öz dirençlik, , A: alan, l: boy  : iletkenlik q: yük :C,  : hareketlilik (mobility)(m 2 /(V.Sn) N: yük yoğunluğu: 1 /m 3 : ortalama hız, m/s, E: elektrik alan, V/m

3 Enerji seviyeleri Pauli exclusion kuralı: 2 tane elektron yörünge içerisinde aynı yerde bulunamaz.Her bir yörünge birbirinin tersi spine sahip iki elektrona sahiptir. Bir Na atomu 3s yörüngede bir elektrona sahiptir. 4 adet Na atomunda 4 elektron Pauli prensibine göre aynı yörüngede bulunamaz. Bu nedenle 3s yörüngeleri arasında hafif seviye farkı vardır. Aynı zamanda delokolize olan bu 4 elektron çok hareketlidir ve 4 farklı Na atomları tarafından paylaşılır. Bu elektronlar aynı zamanda Na atomlarını bir arada tutacak bir bağ oluştururlar.

4 Bu komşu yarı dolu 3s yörüngeleri arasındaki mesafe çok küçüktür ve bir enerji bandı (valans bandı) oluştururlar. Bu bant içerisindeki yüksek hareketliliğe sahip bu elektronlar valans elektronları olarak adlandırılırlar ve elektron bulutu oluşturarak katı malzeme içerisinde sürekli hareket edebilirler. Sonuç olarak bu yapıya sahip olan metallerin elektrik iletkenlikleri yüksektir.

5 Fermi enerji seviyeleri 0 o K sıcaklıkta valans bandının sahip olabileceği en yüksek enerji Fermi seviyesi olarak adlandırılır. Herhangi bir sıcaklıkta enerji bandının sahip olabileceği enerji ise 0 ile 1 arasında değer alabilen Fermi fonksiyonu ile dikkate alınır. 0 o K de Ef in üzerinde enerjiye sahip elektron bulunmadığı için malzeme iletken değildir.Bu nedenle belli bir seviyede, ısı gibi, dış enerjiye ihtiyaç vardır.

6 K: boltzman sabiti:13.8 x 10 -24 J/ o K) E>>Ef  f(E) = 0 E<<Ef  f(E) = 1 E=Ef  f(E) = 0.5 T arttıkça f(E) 0 a yaklaşır. Sonuç olarak metallerde sıcaklık elektronların fermi seviyesinin üzerindeki enerji seviyelerinde bulunmasını sağlayabildiği için iyi iletkendirler. Bu elektronlara serbest elektronlar denir.

7 Elmas gibi kovalent bağa sahip malzemelerde elektronların valans bantından iletkenlik bantına geçmesi için yenmeleri gereken bir enerji aralığı (Eg) söz konusudur. ~6eV

8 ~1.107eV Silisyumda Eg seviyesi Elmasa göre çok daha düşüktür. Oda sıcaklığı az fakat önemli sayıda elektronların, arkalarında boşluk bırakarak (elektron boşlukları (+ yüklü) valans bandından iletkenlik bandına geçmesine sebep olur. Bu nedenle Si oda sıcaklığında dahi iletkenlik gösterebilir. Hem pozitif hem de negatif taşıyıcılar iletkenlikte etkin olur

9 İletkenlik İletken, yüksek seviyelerde elektrik iletkenliğe sahip malzemelere verilen isimdir. İletkenlik seviyeleri 10x10 6  -1 m -1 seviyelerindedir. İletkenlik bu eşitlikle hesaplanır. Yük elektronlar ile taşınır.

10 Artan sıcaklıkla malzemelerde görülen iletkenlikte düşme gerçekleşmektedir. Bunun sebebi, dalga hareketi şeklinde hareket eden elektronların hareketliliğinin artan sıcaklıkla titreşimleri artan atomlar arasındaki etkileşimdir.  : Sıcaklık direnç sabiti

11  o : saf metalin direnci  : alaşımın direnci  : Sabit

12 Isıl eleman Isıl eleman iki metal telden oluşur. Bu metal tellerin farklı sıcaklıklara konması durumunda sıcak taraftaki yüksek enerjiden dolayı sıcaktan soğuk tarafa doğru bir elektron akışı gerçekleşir. Soğuk taraf (-), sıcak taraf (+) olarak davranır.Bu etki Seebeck etkisi, okunan voltajda seebeck voltajı olarak adlandırılır.

13

14 İletkenliğe etki eden faktörler; Malzeme türü İletkenlik formülünden –Yük taşıyıcı yoğunluğu –Hareketlilik –Yük Sıcaklık Kimyasal kompozisyon- alaşım olma durumu

15 Superiletkenlik Metallerin çoğu 0 o K sıcaklığa yaklaştıkça dirençleri sıfır değildir ve belli oranlarda iletkenlik gösterirler, Bazı malzemeler ise farklı olarak belli bir Tc kritik sıcaklığının altında sıfır direnç göstermeye başlarlar. Bu duruma süper iletkenlik adı verilir. süper iletkenlik, Tc sıcaklığın altında kafes titreşimi ile dalga hareketi ile ilerleyen elektronların uyumu ile gerçekleşmektedir.

16 1,2,3 Süper iletken YBa 2 Cu 3 O 7-x

17 Yalıtkanlık Yalıtkanlar, iletkenlik seviyeleri çok düşük olan malzemelerdir. İletkenlikleri 10 -10 – 10 -16  -1 m -1 seviyelerindedir. Enerji aralığı 2 eV un üzerindedir. Yük taşıyıcı olarak elektron yoğunluğu (n e ) çok düşüktür. Bu nedenle genelde çok küçük seviyelerde olan iletim sıcaklık nedeniyle değil, iyonik katışkılar sebebiyle olur. Endüstride seramiklerin %80ni elektronik endüstrisinde kullanılır. %20 si yapısal uygulamalarda kullanılır.

18 Yalıtkanlar Kapasitörler yüksek yalıtkanlık seviyelerine sahip dielektrik malzemeler kullanılarak üretilir. Yüksek E, Elektrik alan etkisinde dipoller elektrotlar üzerinde birikir. D: Yük yoğunluğu: C/m 2  : elektrik geçirgenlik: C / (V.m)  o : vakumun elektrik geçirgenliği:8.854x10 -12 C / (V.m)

19 Manyetik Özellikler Manyetizm: Bazı malzemelerin çekime maruz kalmasını ifade eder. Elektrik akımının kapalı bir çevrimde akması manyetik alan oluşumuna neden olur.

20 B = indüksiyon (akı yoğunluğu), weber /m 2 H = Manyetik alan gerilimi, amper/m  = geçirgenlik, weber /amper-m  o = vakumun geçirgenliği  r = kısmi geçirgenlik

21 Paramanyetik katılar Diyamanyetik katılar

22 Manyetik alan aralığı Başlangıç geçirgenliği,  i H=0 B=0 Ferromanyetik malzemeler, manyetik histerisiz S: Doyma R: Kalıcı C: Zorlayıcı

23 Eşleşmemiş elektronlar: Bohr manyetikleşme etkisine sebep olurlar Eşleşmiş elektronlar Eğer komşu atomlarda elektronlar aynı manyetik momente sahip olurlarsa, bütün hacimde net bir manyetik etki söz konusu olur. Bu yapılarda Bs mevcuttur.

24 Domain

25

26

27 Power generation Mıknatıs

28

29

30