ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİNDE MALZEME GIRIŞ

Transkript

1 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİNDE MALZEME GIRIŞ

2

3 MALZEMENİN GENEL TANIMI, ÇEŞİTLERİ VE ÖZELLİKLERİ Malzemenin Tanımı: Bir amacı gerçekleştirmek için kullanılan maddelerin tümüne malzeme denir. Çelik,bakır,kağıt,cam,porselen,çimento vb... Malzemelerin Sınıflandırılması Malzemeleri iki gruba ayırabiliriz: 1) Madensel Malzemeler(Metaller): Doğada bulunan bütün metaller bu gruba girer. Demir cinsi metaller:çelik,dökme demir vb. Demir olmayan metaller:bakır,kurşun,alüminyum,gümüş vs.

4 MALZEMELER 2) Madensel olmayan Malzemeler(Ametaller): Doğadaki metaller dışında kalan bütün malzemeler bu gruba girer. Organik Malzemeler:Orjini(Temeli) canlı organizmalar tarafından üretilmiş olan malzemelerdir. Yapay organik malzemeler:kağıt,selüloz,pvc vb. Doğal organik malzemeler:petrol,odun,deri,kaucuk,reçine vb. İnorganik Malzemeler: Yapay inorganik malzemeler:çimento,cam,tuğla,porselen vb. Doğal inorganik malzemeler:taşlar,tuzlar,mineraller

5 MALZEMELER Herhangi bir malzeme özelliklerini belirlemek amacıyla yapılan çeşitli gözlem deneylere malzeme muayenesi denir. Muayene: Herhangi bir amaç için malzeme seçimi yapmak veya seçilen bir malzemenin kullanılacağı yerde görevini yapıp yapamayacağını anlamak için gerek duyulur.bir başka ifadeyle,malzemeler temel özelliklerinin belirlenmesi amacıyla muayene edilir. Malzemenin Özellikleri: Fiziksel Özellik:Boyutları,Ergime sıcaklığı,mekanik özellikleri vb. Mekanik Özellik:Çekme,Burulma,kesilme dayanımları,sertlik,elastike vb. Kimyasal Özellik:Korozyon Direnci,yanıcılık,atom ve kristal yapısı vb. Optik Özellik:Rengi,Işığı yansıtma ve yutma faktörleri Termal Özellik:Isı ve Elektriği iletkenliği,termal geçirgenliği vb.

6 ENERJI-BAND DIYAGRAMLARı Valans elektronlarına enerji veren etkenler: 1) Elektriksel etki 2) Isı etkisi 3) Işık etkisi 4) Elektronlar kanalıyla yapılan bombardıman etkisi 5) Manyetik etki Ancak, valans elektronları serbest hale geçirecek enerji seviyeleri madde yapısına göre şöyle değişmektedir: İletkenler için düşük seviyeli bir enerji yeterlidir. Yarı iletkenlerde oldukça fazla enerji gereklidir. Yalıtkanlar için çok büyük enerji verilmelidir.

7 PIEZO MALZEME İLE ELEKTRİK ÜRETIMI

8 PİEZO MALZEME ILE ELEKTRIK ÜRETİMİ El ile basıldığında : 5.03 volt (2mA) Yürürken : volt (5mA) Koşarken : volt (11mA)

9 ISI ETKİSİ

10 ISI ETKİSİ

11 IŞIK ETKİSİ(FOTO DİYOT)

12 IŞIK ETKİSİ(LDR) Hem AC devrede, hem DC devrede aynı özellik gösterir. Kadmiyum Sülfat (CdSO4) Yarı İletken Malzeme

13 ISI-IŞIK ETKİSİ AKIM DEĞİŞİMLERİ

14 REED RÖLE

15 MALZEME SEÇIMI Mühendisliğin temel felsefesi yeter kaliteyi uygun fiyata (YKUF) yapmak olduğundan hem yeter kalitede hem de uygun maliyette üretim yapabilmek üzere malzeme seçimi son derece önemlidir. Malzeme Seçiminde şu hususlara dikkat edilmelidir. Malzemenin temin edilebilme özelliği Üretim işlerine(proseslerine) uygunluğu Örn: Bakır zor delinir.. Fiziki ve Mekanik Özellik Ekonomiklik Korozyana karşı dirençliliği Örn: Alüminyumun korozyana karşı direnci fazla Anahtar başları genellikle prinçten yapılır.

16 Elektrik Mühendisliğinde Kullanılan Malzemeler Oldukça Çeşitlidir.4 Ana Başlıkta İnceleyebiliriz. 1)METALİK MALZEMELER: Bu malzemeler bir veya daha fazla metalik elementten meydana gelen ve bazı metalik olmayan elementleri de içeren, organik olmayan malzemelerdir. Metaller genel olarak ısı ve elektriği iletkenliği yüksek,şekillendirmeye yatkın,çoğu oda sıcaklığında dayanıklı ve sünek olup yüksek sıcaklıklarda bile nispeten dayanımları yüksek malzemelerdir. Metaller kendi aralarında soy metaller(altın,gümüş,platin vb.) ve soy olmayan metaller (Demir,Bakır,Kurşun,Çinko vb.) şeklinde sınıflandırılabilirler.yarı metaller iyi metal özelliği gösteremezler.bu elementler hem metal hem de ametal özelliklerini birlikte gösterir. metallerdir. Yarı Metaller(Silisyum,germanyum,bor,arsenik vb.) gibi metaller yarı

17 Metaller Genel Olarak; Tel,levha ve toz haline getirebilir,eğilip bükülebilir. Oda sıcaklığında katı halededirler.(civa hariç) Soy metaller(altın,platin gibi) dışında diğer metaller havadan etkilenerek korozyona uğrar. Birbirleri ile bileşik yapmaz ancak birbirlerinin içinde eritilerek karıştırılabilir ve alaşım oluşturulabilirler PT100 Platin Sıcaklı Sensoru

18 ALAŞıM: Bir metal elementin en az bir başka element (metal,ametal ) ile homojen karışımıdır. Örn: Karbon+Demir=Çelik Elde edilen yeni malzeme yine metal karakterli malzeme olur.en bilinen alaşımlar tunç(bakır+kalay),pirinç(bakır+çinko) ve lehim(kalay+kurşun) Alaşımlar,uygulamaların gerektirdiği gibi fiziksel özelliklere sahip malzemelerin üretilmesini sağlar.yüksek sıcaklık,aşınma,kimyasal etkiler(korozyon gibi),metal yorgunluğu vb. her türlü etkilere saf metallerin yetersiz kaldığı durumlarda,gerekli olan özellikleri sağlayan niteliklerde alaşımlar kullanılır. Örn:Demirin sertliğinin yeterli olmadığı durumlarda,daha sert yapıdaki demir alaşımlar olan çelikler kullanılır. Çelik Özlü Alüminyum İletkenler

19 2)POLİMERLER Yunanca çok manasına gelen polimerler,monomer denilen görece küçük moleküllerin birbirlerine tekrarlar halinde eklenmesiyle oluşan çok uzun zincirli moleküllerdir.polimer günümüzde düşük üretim maliyeti,kolay şekil almaları ve amaca uygun üretilebilmeleri nedeniyle her alanda yaygınlaşmıştır. PVC,teflon,lastik,pet hayatımıza giren polimerlere örnektir.polimerlerin çoğu iç yapılarının etkisiyle kötü bir elektrik iletkenidir.dolayısıyla bir kısım polimerler elektrik yalıtımında kullanılır. Genel olarak polimer malzemeler düşük yoğunluğa,nispeten düşük yumuşama ve bozulma sıcaklığına sahiptir.

20 ETANJ ARMATÜR(POLIMER KAPAKLı) Materyaller Gövde; polikarbonat (PC) Diffüzör; akrilik (PMMA), UV stabilize polikarbonat(pc) veya Polimer Conta; poliüretan dökme köpük. Reflektör; yüksek kaliteli DKP Klips; cam elyaf takviyeli UV stabilize yanmaz katkılı geri dönüşümlü (RAL 7035) polimer. Özellikler Su ve toz geçirmezlik. İçten tırnaklı sistem. Mandallı reflektör. Yüksek darbeye dayanım. Yenilikçi tasarım. RoHS standartlarına uygundur. Geri dönüşümlü hammadde Kullanım Alanları Nemli ve tozlu ortamlar Depolar Kimya endüstrisi Tekstil fabrikaları Garajlar Tüneller Metrolar Fabrikalar Seralar Tersaneler

21 3)SERAMİK MALZEMELER: Kil ve kaplen gibi malzemelerin yüksek sıcaklıklarda pişirilmesi ile elde edilen malzemelerdir.genel olarak metal ve metal olmayan elementlerden oluşan inorganik bileşiklerdir.cam,tuğla,porselen gibi malzemeler bu gruba girer.yapıları kararlı,korozyona(paslanmaya),yüksek sıcaklıklara ve aşınmaya dayanıklı mekanik olarak sert ve kırılgan,ısı ve elektrik yalıtkanlığı olan,ergime sıcaklıkları yüksek malzemelerdir. Cam ve porselen genelde izalator olarak kullanılır.

22 CAM İZOLATÖRLER Kalsiyum silikat (CaSiO3) ile sodyum silikat (Na2SiO3) maddelerinin eritilerek birbirine karıştırılmasıyla cam elde edilir. Mekanik mukavemeti artırıcı maddeler katılarak izolatörlerde kullanılan dayanıklı cam elde edilir. Dielektrik dayanımları 140 kv/cm dir. Saydam olduklarından kırık ve çatlakları kolayca görülebilir. Nem, cam izolatör üzerinde porselene göre daha çabuk yoğunlaştığından cam izolatör üzerinde kir toplanmasına ve kaçak akımlara neden olur. Cam ışığı geçiren bir madde olduğundan güneş ışığında daha az ısınır.

23 PORSELEN İZALATÖRLER Isıl ve mekaniksel dayanımlarının yüksek olmasından dolayı çok eskiden beri kullanılan izolatörlerdir. İzolatörün dielektrik dayanımını artırmak için yüzeyi ince bir sır tabakasıyla kaplanarak pürüzsüz olması sağlanır. Yüzeyin pürüzsüz olması, kirlenen izolatörlerin yağmur sularıyla kolayca temizlenmesine yardımcı olur. Porselenin dielektrik dayanımı kv/cm dir. Yapı maddeleri %50 kaolin, %25 feldspat ve %25 kuvarstır. Kaolin : Saf kil, Alüminyum Silikat; Al2O3.2SiO2.2H2O Kuvars : SiO2 in normal sıcaklıkta saydam ve kristal olan şekli Feldspat : Potasyum Alüminyum Silikat; K.Al.Si3O8 veya K2O.Al2O3.6SiO2

24 YAPıM MALZEMELERINE GÖRE IZOLATÖRLERIN BAZı ÖZELLIKLERININ KARŞıLAŞTıRıLMASı

25 4) KOMPOZİT (KARMA) MALZEMELER: Makraskobik olarak birbirinden ayrı iki yada daha fazla malzemenin bir araya getirilmesi ile imar edilen malzemelerdir.birbirlerinin zayıf yönlerini yok edecek (tolere edecek) şekilde maddeler bir araya getirilerek iyi özellikler kazandırılmış bileşiklerdir. Beton(Kum +Çimento+Demir),kerpiç(Saman +Toprak),Kontraplak,Cam fiber(fiber glass),oto lastiği vb. kompozit malzemelere örnek olarak verilebilir.panolar kompozit malzemelerden yapılır.

26 1)METALIK MALZEMELER Bakırın Genel Özellikleri: Bakır gerek alaşımsız durumda, gerekse de diğer elementler katılarak alaşımlı durumlarda yaygın olarak kullanılan bir mühendislik metalidir.alaşımsız durumda dahi mühendislik uygulamaları için çok üstün özelliklere sahiptir.bunlardan bazıları yüksek elektrik ve ısı iletkenliği,korozyona karşı dirençli,kolay işlenme,orta seviye çekme dayanımı, genel bir lehimleme ve birleştirilebilme özelliğidir.

27 Bakırın Genel Özellikleri: Bakır tabiatta genelde kükürtle karışık cevher halinde bulunur.cevher içerisinde var olan kükürt arıtma tesislerinde ayrışarak %98 veya daha üstü saflıkta tok bakır elde edilir.bu bakır bir çok mühendislik uygulamasında kullanılabilmektedir.ancak elektrik mühendisliğinde iletken olarak kullanılmak üzere elektroliz yoluyla saflığı %100 kabul edilen elektrolitik top bakır elde edilir. Elektrolitik top bakır elektrik ve ısı iletimi çok iyi,buna karşın mekanik olarak yumuşak ve gerilmeye karşı (çekme) dayanıksız bir malzeme olduğundan bara yapımında,,şalter(açma-kapama yapan eleman),anahtar gibi elektrik malzemelerinin kontak elemanlarında kullanılır. Soğuk haddeleme yoluyla çekilerek iletken haline getirilen elektrolitik top bakır,havai ve yer altı kablolarında,tesisatta kullanılan izoleli iletkenlerin yapımında kullanılır. Soğuk haddeleme yoluyla yapılan bakır iletkenler mekaniği yönden yeterli mukavemet kazanmakla birlikte molekül yapısının bozulması nedeniyle elektriği iletkenliği %100 den %97,5 e düşmektedir.

28 Bakırın Genel Özellikleri: Haddelemeden sonra bakırın öz iletkenliği K=56 iken k=58 e yükselir Bakırın rengi kırmızı olup,oksitlenmiş hali açık yeşildir. Bakır gümüşten sonra en yüksek elektrik ve ısı iletkenliğine sahip metaldir. Özgül ağırlığı 8,89gr/cm3 tür.bu yünüyle metaller içerisinde ağır kabul edilirler. Uygulamalarda müsaade edilen maksimum gerilme değeri 14 kg/mm 2 dir. Elastike sınırı 22kg/mm2 dir. Kopma gerilimi 40 kg/mm2 dir. Öz direnci 0,017691ohmx mm2 /m dir. Öz iletkenliği 56m/ohmxmm2 dir. Londra Bakır borsasında günümüzde işlenmemiş bakır ton fiyatı dolar dır. Bakır iletkenler Alüminyum iletkenlerden pahalı ve ağır olmaları nedeniyle havai iletim hatlarında kullanılmazlar.

29 1.2 ALÜMINYUMUN GENEL ÖZELLIKLERI: Bakırdan sonra iletkenliği en iyi olan metal altındır.çok pahalı olması sebebiyle kullanılamamaktadır.alüminyum iletkenler 1899 yılında Amerika da kullanılmıştır.1956 yılında bu hattan alınan örnekler incelenmiş ve teknik özelliklerini hemen hemen aynen koruduğu görülmüştür.bunun üzerine diğer Al iletkenler başta Amerika olmak üzere diğer ülkeler tarafından da yaygın bir halde kullanılmaya başlamıştır. İletken imalinde kullanılan külçe Al saflığı %99,5 tir.geri kalan %0,5 lik kısımda demir(fe),çinko(zn),bakır(cu) ve Silisyum (Si) dan oluşur.bu %0,5 lik oran özellikle korunmaktadır.nedeni %100 saf Al çok yumuşak ve kırılgandır.dolayısıyla iletken olarak kullanılmaya elverişli değildir.alüminyumun terkibine(içeriğine) giren %0,5 lik farklı elementler Al a mekaniki dayanıklılık kazandırmaktadır.al iletkenlerde soğuk haddeleme yoluyla yapılır.

30 Alüminyumun Genel Özellikleri: Al un sıfır derecedeki öz direnci 0, ohm.mm 2/m dir. Uygulamalarda müsaade edilen max gerilme değeri 8kg/mm 2 dir. Özgül ağırlığı 2,703gr/cm 3 tür. Elastike sınır 9kg/mm 2 dir. Kopma gerilmesi 18kg/mm 2 dir. Londra Metal borsasında günümüzde işlenmemiş Alümiyum ton fiyatı 2200 dolar civarındadır.

31 Alüminyumun Genel Özellikleri: Al iletkenlerin ekonomik olması ve hafif olması nedeniyle özellikle havai hatlarda tercih edilmektedir.al iletkenler mekaniki mukavemet problemi nedeniyle kısa aralıklı OG VE AG hatlarında kullanılmaktadır. Birçok yönüyle havai hatlara uygun olan ancak mekaniki dayanımı iyi olmayan örgülü Al iletkenlere çelik göbek eklenmesi ile çelik özlü Al iletkenler oluşturulur. 500m ve üzeri uzunluktaki havai hatlarda çelik özlü Al iletkenler enerji iletim hatlarında kullanılmaktadır.al ekonomik bir iletken olması nedeniyle enerji iletimi,dağıtımında hat olarak,şalt tesislerinde bara olarak,elektronik devrelerde hem soğutucu hem de bara olarak çokça kullanım alanına sahiptir. a)alüminyum Bara b)alüminyum Pcb c)alüminyum Soğutuculu Led Spot

32 BAKıRıN ALÜMINYUM ILE KARŞıLAŞTıRıLMASı: Cu ile Al elektrik mühendisliğinde en çok kullanılan iki metal olduğundan ve genelde bir problemin çözümünde her ikisi de kullanılabildiğinden maddeler halinde karşılaştırılmıştır: Cu,Al ye göre aynı hacimde 3,3 kat daha ağırdır.özellikle havai hatlarda kullanılmamasının nedeni.. Cu nun mekaniki açıdan müsaade edilen max gerilme miktarı 1,75 kat fazladır.(daha fazla gerilmeye dayanabilir.al gibi çabuk sünmez.) Cu nun iletkenliği Al nin iletkenliğine göre 1,6 kat daha iyidir. Bakır güncel fiyatları bakımından 3,36 kat daha pahalıdır. Al bakıra nazaran korozyona daha dayanıklıdır.(günümüzde baraların Al olmasının nedeni) Al ile aynı gücü taşımak üzere daha büyük çaplı iletken kullanmak gerekir.

33 1.3) BAKıR ALAŞıMLARıNDAN PRİNÇ Bakır(Cu) a çinko (Zn) katılarak elde edilen sarı renkteki alaşımların genel ismi prinçtir.bu alaşımlar %5 ile %50 arasında Zn içerir.cu nun Zn ile yaptığı bu alaşımlara farklı özellikler katmak üzere,kurşun,nikel,demir,alüminyum,arsenik,antimon ve fosfor eklenebilmektedir.prinç oldukça tok ve kolay işlenebilen bir malzemedir. Dövülebilirliği içerisindeki bakır muktevasına bağlıdır.içeriğinde %55 ten az bakır içeren beyaz prinçler kolay işlenemezler.%35 ten az Zn içeren alfa prinçler üstün soğuk işlem özelliklerine sahip olup,talaşlı üretimle klemens,cıvata,pim ve vida yapımında yaygın olarak kullanılır.%45,%50 oranında Zn içeren beta prinçler ise daha dayanıklı,daha az sünek fakat daha kırılgandır.beta prinçler bilhassa musluk,vana,kapı pencere kolu ve bazı bağlantı parçalarının imalatında kullanılmaktadır. Prinç alaşımlarına farklı metaller eklenerek bazı özellikler katılabilir.örn: Al lu prinçler korozyona karşı daha dayanıklı,kurşunlu prinçler daha kolay işlenebilir ve kalaylı prinçler ise deniz suyunun korozif etkisine karşı daha dirençli olmaktadır.

34 1.3) BAKıR ALAŞıMLARıNDAN PRİNÇ Cu kırmızı renkli bir metal olup,prinç alaşımları için çinko katılarak rengi açılır.prinçteki çinko yüzdesi arttıkça renk kırmızıdan altın sarısına doğru yaklaşır.princin renginden çinko mukdevası(içeriği) tahmin edilebilir. Prinç alaşımı,iletkenliğinin yüksek olması,mekaniki mukavemetinin iyi olması,dayanımının iyi olması,korozyona karşı dayanıklı olması ve kolay işlenebilirliği nedeniyle elektrik endüstrisinde çokça kullanılabilir.

35 1.4) GÜMÜŞ Saf gümüş,beyaz renkte,yumuşak ve sünek,ışığı çok iyi yansıtan parlak bir metaldir.isı ve elektrik iletkenliği en iyi olan metaldir.(altın en iyisi değil) Gümüş >Bakır>Altın> Alüminyum>Çinko Altından sonra tel haline getirilmeye en uygun metal olup soğuk olarak işlenebilme özelliğine sahiptir.(1gr gümüşten 2km ince tel oluşturulabilir.) Atmosferde oksitlenmeye karşı büyük bir direnç(mukavemet) gösterir.atmosferde bakırdan daha zor altından ise daha kolay oksitlenir.bazı asitlere,sülfür bileşiklerine ve kükürte karşı dayanıksız olduğundan endüstride genelde gümüş alaşımları kullanılmaktadır.(sülfür bileşiklerinden dolayı havada kararır.) Gümüş pahalı bir metal olduğundan genelde kaplama malzemesi olarak kullanılmaktadır.bu metal elektrik endüstrisinde ölç aletlerinin,şalterlerin,rölelerin kontaklarının kaplanmasında ve lehimcilikte kullanılmaktadır.

36 1.5) ALTıN Altın parlak sarı renkte olan,yumuşak,kolay işlenebilen çok ağır ve çok değerli bir metaldir.doğada serbest halde bulunabilmesi,kolay işlenebilir olması ve ışıltısını hiç kaybetmemesi nedeniyle ilk çağlardan beri insanların ilgisini çekmiştir.altın kimyasallarla kolay kolay tepkimeye girmeyen çok kararlı bir element olduğu için havadan ve sudan etkilenmez.atmosferde paslanmaz,kararmaz ve donuklaşmaz.yani korozyona karşı oldukça dayanıklıdır.gümüş ve Cu dan sonra ısı ve elektrik iletkenliği en iyi olan metaldir.çok pahalı olduğu için genelde kaplama malzemesi olarak kullanılır. Elektronik sanayinde bağlantıların,terminallerin ve baskı devrelerinin kaplanmasında kullanılır. Altın çok yumuşak bir metal olduğundan kontak noktalarında yapışma ve kaynama eğilimi gösterir.bu nedenle gümüş,platin,nikel,kobalt ve bakır ile alaşım yapmak suretiyle mekanik dayanımı yükseltilerek kontaklarda kullanılır. Altın üzerinde düşen kızıl ötesi ışınları %98 oranında yansıtabilmesi,ısı ve elektriği iyi iletebilmesi nedeniyle uzay sanayinde de kullanılmaktadır.

37 1.6)PLATİN Saf halde gümüşümsü beyaz renkte korozyona çok dayanıklı ağır,dövülebilir,sünek ve çok değerli bir metaldir.korozyona çok dayanıklı olması nedeniyle bozunmaya dayanıklı gereçlerin,laboratuar kaplarının,tellerin,ısıl uçların elektrolizde kullanılan elektrotların imalinde kullanılır. Altından daha değerli bir metal olduğundan genelde kaplama malzemesi olarak kullanılır. Platinden yapılmış kontakta kimyasal etkilere son derece dayanıklı olup hemen hemen hiç kavrulmadığından kontaklarda kullanılır.platin rezistans telleri çok yüksek sıcaklıklarda çalışan elektrik fırınlarının yapımında kullanılır. Yukarıda sıralanan metaller dışında elektrik mühendisliğinde kullanılan krom,nikel,kalay,çinko,tungsten vb. metaller daha sonra ele alınacaktır.

38 KONTAK YAPıMıNDA KULLANıLAN İLETKEN MALZEMELER Platin

39 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 dirençliliğin 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.

40 ELEKTRIK MÜHENDISLIĞINDE KULLANıLAN İLETKENLER Eleman Dirençlilik (X10-8 Ω) Cevher Maliyeti Cevher Ayrıştırma Maliyeti İşlenmemiş Malzeme Maliyeti ($/ton) Fabrikasyon İşçilik Maliyeti Gümüş 1.61 yüksek düşük düşük Bakır 1.70 orta orta 2700 düşük Altın 2.20 yüksek düşük düşük Alüminyum 2.74 düşük yüksek 1850 düşük Elektrik iletkeni olarak sıklıkla kullanılan materyallerin maliyet açısından karşılaştırılması.

41 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 iletkenliği iyi olmalıdır. Sabit kalan bir kontak direnci. İyi derecede ısıl iletkenlik. Kavrulmanın çok az olması. Kontakların kaynak yapmaması. Kimyasal dayanıklılık. Çok küçük erozyon (Bir kontaktan diğer bir kontağa eleman taşınması). Aşınmaya karşı yüksek dayanım.

42 KONTAK YAPıMıNDA KULLANıLAN İLETKEN MALZEMELER Bakır: Kırmızı renkte ağır bir metaldir. Kolay bükülebilir, çok ince tel levha haline getirilebilir, sıcak ve soğuk olarak işlenebilir. Bakır gümüşten sonra en büyük elektriksel iletkenliği olan bir metaldir. Ayrıca ısı iletkenliği de yüksek olduğundan 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.

43 KONTAK YAPıMıNDA KULLANıLAN İLETKEN MALZEMELER Bakır: a) Bakır tel sargı b) Çok telli bakır kablo

44 KONTAK YAPıMıNDA KULLANıLAN İLETKEN MALZEMELER Saf gümüş, beyaz parlak renkte yumuşak bir metaldir. Gümüş: Altından sonra tel haline getirilmeye en uygun bir metal olup soğuk olarak işlenebilme özelliğine sahiptir. Havadan etkilenmez ancak asitlere ve endüstri gazlarına karşı dayanıklı değildir. Ölçü aletlerinin kontaklarında, şalterlerde, kontaktörlerde, rölelerde, lehimcilikte kullanılır.

45 KONTAK YAPıMıNDA KULLANıLAN İLETKEN MALZEMELER Gümüş: a) gümüş sargılı trafo b) gümüş kablo

46 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 eğilimi 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 eğilimi azaltılır.

47 KONTAK YAPıMıNDA KULLANıLAN İLETKEN MALZEMELER Altın: Altın kaplamalı ve altın su yollu baskı devre kartları

48 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, İridyum ve Wolfram gibi metallerle alaşım yapılarak platinin kavrulmaya karşı dayanımı daha da yükseltilebilir. Ölçü aleti kontakları, elektrik dirençleri, paratoner uçlarında kullanılırlar.

49 DİĞER İLETKEN MALZEMELER METALLER ALAŞIMLAR Alüminyum Demir Çelik Çinko Kurşun Manganez Kalay Nikel Kadmiyum Tungsten Molibden Krom Tunç (Bakır+Kalay) Lehim (Kurşun+Kalay) Manganin (Manganez+nikel+bakı r) Krom-Nikel Pirinç (Bakır+Çinko) Konstantan (Nikel+Bakır) Nikelin (Bakır+Nikel) Sac

50 SıVı İLETKEN MALZEMELER Civa: Beyaz renkli, sıvı bir madendir. Oda sıcaklığında buharlaşır. Buharı zehirlidir. Elektriği ve ısıyı iyi iletir. Isı değişimlerine karşı hassastır. Elektromekanik şamandıralarda kontak malzemesi ve kumanda elemanı olarak kullanılır. Isı değişimlerine çok hassas olduğundan termometre ve barometre gibi bir çok alette kullanılır.

51 SıVı İLETKEN MALZEMELER Civa:

52 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. İletken hale getirmek için içerisine asit veya metal tuzları konur. Basınç arttıkça kaynama noktası artar. Su donacak kadar soğutulduğu zaman buz meydana gelir ve hacmi 1/10 oranında artar. Su, akümülatör, pil elektrolitlerinin hazırlanmasında kullanılır.

53 TERMO BI-METALLER Farklı ısıl-genleşme katsayıları olan iki ayrı metal yada metal-alaşım tabakasının birbirlerine sıcak pres kaynağı 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 diğerine nazaran daha çok uzayacaktır. Farklı değerlerde uzama sonucu bimetalde ısıl-katsayı düşük olan metal elemana doğru bir bükülme meydana gelecektir. Otomatik sigortalarda, motor güvenlik şalterlerinde, flouresans lamba ateşlemesinde, ısıtıcı cihazlarda kullanılırlar.

54 MALZEMELERIN DIELEKTRIK ÖZELLIĞI (YALITKANLAR) Yalıtkanlık Yalıtkan Cisimlerin Elektriksel Özellikleri Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri Gaz Yalıtkanlar Sıvı Yalıtkanlar

55 ENERJI-BAND DİYAGRAMLARI

56 YALıTKANLAR Elektrik akımı iletmeyen malzemeler yalıtkanlar grubuna girerler. En dış yörüngedeki serbest elektron miktarı altıdan fazla olan maddelerin elektronları atom çekirdeğine sıkı sıkıya bağlıdır. Dolayısıyla elektriği iletmezler. Ancak her yalıtkan belirli şartlar altında belirli bir iletkenlik gösterirler. Yalıtkan malzemelerin yalıtkanlık dereceleri, ısı, yüksek değerli elektriksel basınç, rutubet etkisi veya yabancı cisimlerle etkileşim sebebiyle değebilir.

57 YALıTKAN CISIMLERIN ELEKTRIKSEL ÖZELLIKLERI Yalıtkan Delinmesi: Aslında elektrik akımını hiç geçirmeyen madde yoktur. Yalıtkan olarak bilinen maddeler "çok az" bir akım geçirirler. Yalıtkana uygulanan gerilim arttıkça geçirdiği akım da artmaya başlar. Belli bir gerilim seviyesinden sonra yalıtkan tamamen iletken olur. Buna yalıtkanın delinmesidenir. Elektrik ve elektronik çalışmalarında kullanılan el takımlarının sap izoleleri incelenecek olursa, burada yalıtkanın dayanabileceği son (maksimum) gerilim değeri yazılıdır. Örneğin penselerin sap izolesinde Voltyazar. Bu, plastik yalıtkan Volt'tan sonra iletken hale geçebilir anlamı taşır.

58 YALıTKAN CISIMLERIN ELEKTRIKSEL ÖZELLIKLERI 1. Sızıntı akımlarına karşı dayanım: Bir yalıtkanın dış yüzeyinde mevcut olan yabancı maddeler bu yüzden sızıntı akımı olarak adlandırılan bir akım akışına neden olurlar. Yalıtkanın sızıntı akımının oluşmasına karşı gösterdiği dirençliliğe sızıntı akımı dayanımı denir.

59 YALıTKAN CISIMLERIN ELEKTRIKSEL ÖZELLIKLERI 2. Dielektrik dayanım: Bir yalıtkan malzemeyi iletken hale sokmaksızın birim kalınlığı başına uygulanacak en büyük gerilim değeri dielektrik dayanımı olarak adlandırılır. kv/mm birimi kullanılır.

60 YALıTKAN CISIMLERIN ELEKTRIKSEL ÖZELLIKLERI Isıl kaçak: Yalıtkan malzeme içinde belirli miktarlarda yabancı madde var ise, bir sızıntı akımı başlar ve bu akım malzemeyi ısıtmaya başlar. Sonrada sızıntı akımının yolunu izleyen esas kaçak akım başlar. Kaçak akım ısınma neticesinde ortaya çıktığı için buna ısıl kaçak denir. Erozyon kaçağı: Bazen de yalıtkan malzemede üretimden kaynaklanan mikroskobik kaçaklar mevcut olabilir. Bu durumda da erozyon kaçağı adı verilen kaçak akımlar oluşur.

61 YALıTKAN CISIMLERIN ELEKTRIKSEL ÖZELLIKLERI 3. Elektriksel direnç değerleri: Gerilim altında bulunan bir malzemenin göstermiş olduğu direnç değeridir. Ölçülen izolasyon direncinden yararlanılarak, birim boyut başına hesaplanan değere, o yalıtkanın özgül direnci denir. Birimi Ω.cm dir.

62 YALıTKAN CISIMLERIN ELEKTRIKSEL ÖZELLIKLERI 4. Dielektriksel kayıp faktörü: Dielektriksel kayıpların bir ölçeğidir. Bunlar yalıtkan malzemelerde ısı olarak açığa çıkarlar. Bu kayıplar, gerilimin büyüklüğüne, sıcaklığa ve frekansa bağlı olarak değişirler. Genellikle yüksek frekanslarda artan bir değer gösterirler. Bu nedenle yüksek frekanslarda çok özel yalıtkanlı (polietilen vb.) kablolar kullanılır.

63 YALıTKAN CISIMLERIN ELEKTRIKSEL ÖZELLIKLERI 5. Yalıtkanların ark dayanımları: Elektrik arkı etkisine maruz kalan bir yalıtkanın ne ölçüde akım geçireceği ve nasıl bir değişime uğrayacağı ancak test yapmakla anlaşılabilir.

64 YALıTıM (İZOLASYON) MALZEMELERI Berilyum Oksit: Seramik benzeri beyaz renkli katı bir malzemedir. Yüksek değerde sıcaklık iletkenliği gereken yerlerde elektriksel izolasyon malzemesi olarak kullanılır. Güç devrelerinde kullanılan yarıiletkenlerde elektriksel izolasyon için ısı emici pulcuk şeklinde imal edilmekte ve kullanılmaktadır. Zehirlidir toz halindeyken solunması ciddi akciğer rahatsızlıklarına neden olur. Elektriksel izolasyon için ısı emici pulcuklar

65 YALıTıM (İZOLASYON) MALZEMELERI A.B.S. (Acrylonitrile Butadiene Styrene) : Akrilonitril, bütadien, ve sıvı hidrokarbon bileşiminden oluşan plastik bir malzemedir. Dielektrik dayanımı 20MV/m dir. Bir çok cihazın dış kaplamasında kullanılır.

66 YALıTıM (İZOLASYON) MALZEMELERI A.B.S. A.B.S. kaplamalı mikser ve telefon

67 YALıTıM (İZOLASYON) MALZEMELERI Asetat : Elektriksel yönden iyi bir izolasyon özelliğine sahip olduğundan elektriksel güvenlik ekipmanlarında, elekriksel yalıtkanlık istenilen yerlerde kullanılır. En çok sinema ve mikrofilmlerin imalatında kullanılır.

68 YALıTıM (İZOLASYON) MALZEMELERI Asetat: Asetat uygulamaları

69 YALıTıM (İZOLASYON) MALZEMELERI Akrilik: Yalıtkanlığın yanı sıra katılık ve şeffaflık özelliğinin birlikte bulunması gerektiği yerlerde akrilik kullanılır. Işıklandırılmış işaretler, otomobillerin arka lambaları, ışıklandırma üniteleri v.b.

70 YALıTıM (İZOLASYON) MALZEMELERI Akrilik Otomobil panel göstergesi ve stop lambası

71 YALıTıM (İZOLASYON) MALZEMELERI Seramik: Seramik çoğunluğu metal ve ametal malzemelerin karışımından meydana gelen oksitlerdir. Yüksek sıcaklık iletkenliği yardımıyla iyi derecede elektriksel izolasyon özelliği sağladığı gibi elektronikte direnç, kapasitör v.b. yapımında kullanılmaktadır.

72 YALıTıM (İZOLASYON) MALZEMELERI Seramik: Seramik izolatörler ve soket

73 YALıTıM (İZOLASYON) MALZEMELERI Cam : Silisyum, sodyum, potasyum karbonatları, kireç ve kurşun oksitleri gibi türlü maddelerin ergitilmelerinden elde edilir. Esas rengi saydam ve şekilsizdir. Sıcak olarak çeşitli şekillere girdirilebilir. Su, yağ ve asitlerden etkilenmez. Kırılgan olup ani ısı değişimlerinde çatlama eğilimi gösterir.

74 YALıTıM (İZOLASYON) MALZEMELERI Porselen : Pişmiş beyaz renkte yalıtkan bir topraktır. Su geçirmez Dayanıklı, sert, ani ısı değişimlerinden (0-100 C) ve asitlerden etkilenmezler. Isıyı çok az geçirir, kırılgandır.

75 YALıTıM (İZOLASYON) MALZEMELERI Polivinilklorür PVC Polyvinylcloride veya kısaca PVC belki de en yaygın olarak kullanılan izolasyon malzemesidir. Saf halde iken cam gibi kırılgandır. İçine yağ kapsayan maddeler katılınca özellikleri değişir ve ısı ile plastikleşir. Elektrik akımı taşıyan kabloların büyük bir çoğunluğu PVC ile kaplanarak yalıtılır. Elektrikli ve elektronik cihaz gövdeleri genellikle PVC den imal edilirler.

76 DIĞER YALıTıM (İZOLASYON) MALZEMELERI Delrin Teflon Kapton Kynar Lexan ve Merlon Melamin Mika Neopren Nomex Naylon Phenolics Polyester Poliüretan Silikon kauçuk Epoksi Fiberglas Silikon Fiberglas Plastik Ebonit

77 GAZ YALıTKANLAR Gazlar : İyonize olmadıkça iletken duruma geçmezler. Bu işlem, iyonlaştırma gerilimi belirli bir değere gelince elektriksel bir boşalma ile kendi kendine meydana gelir. Çeşitli gazlara ait dielektrik sabitleri normal sıcaklıkta birbirine eşittir. Bunlara ait fark %3 'ü geçmez. Bu değerler, sıcaklık ve basınç değişmesiyle farklı olabilir. Gazların dielektrik dayanımları sıcaklığa, basınca, elektrot şekline, elektrotlar arası uzaklığa göre değişir. Basınç arttıkça dielektrik dayanım azalır.

78 GAZLAR :

79 GAZ YALıTKANLAR Hava: Havanın içindeki toz, kömür, nem gibi maddeler iletkenliğini artırır yani yalıtkanlığını azaltır. Yüksek gerilimde enerji taşıyan hatlarda doğal bir yalıtkan olarak işlev görür. Kondansatör ve transformatör gibi araçlarda ise yalıtkan bir çekirdek görevi görür.

80 MANYETIK ALAN VE MANYETIK AKı İçinden elektrik akımı geçen bir iletkenin çevresinde manyetik alan (H) doğar. Bu manyetik alanın içine manyetiklik özelliğine sahip bir malzeme konacak olursa manyetik alan şiddeti daha da artar ve kuvvet çizgileri sıklaşır. Malzeme varlığından doğan ek manyetik alan artımına manyetik akı (B) denir. µ : Manyetik geçirgenlik katsayısı µ r : Bağıl manyetik geçirgenlik katsayısı

81 MANYETIKLIK TÜRLERI 1) Diamanyetik malzemeler 2) Paramanyetik malzemeler 3) Ferromanyetik malzemeler 4) Ferrimanyetik malzemeler

82 MANYETIKLIK TÜRLERI

83 MANYETIKLIK TÜRLERI Diamanyetik Malzemeler: Manyetik alan etkisi altında elektronların yörünge hareketlerinde bir değişiklik olması sonucunda ortaya çıkar. Diamanyetik malzemeler kalıcı olarak mıknatıslanmazlar,sadece dışarıdan bir manyetik alan uygulandığında mıknatıslanma olur. Ortaya çıkan manyetik momentin büyüklüğü sınırlı ve yönü uygulanan alanınkine zıttır. Örnek: Bakır, gümüş, bizmut ve karbon gibi maddeler diamanyetik maddelerdir.

84 MANYETIKLIK TÜRLERI Paramanyetik Malzemeler: Atomları daha önceden bir manyetik momente sahip olan cisimlere paramanyetik malzemeler denir. Manyetik alan uygulandığında manyetik alan ile manyetik moment aynı yönde olur. Paramanyetik malzemeler kalıcı olarak mıknatıslanmazlar. Örnek: Al ve Mangan

85 MANYETIKLIK TÜRLERI Ferromanyetik Malzemeler: İyonlarla serbest elektronlar bir arada bulunduğu ortamda elektronlarla komşu iyonlar arasında etkileşme olur. Ferromanyetik malzemelerde mıknatıslanma etkisi kuvvetlidir. Bu maddeler manyetik alan içine konulduklarında kuvvetli olarak mıknatıslanırlar ve manyetik alan şiddetini çok arttırırlar. Bu özellikleri nedeniyle, ferromanyetik maddeler mıknatıslar, elektrik motorları, jeneratörler, manyetik teypler için idealdir. Örnek: Fe,Ni ve Co

86 MANYETIKLIK TÜRLERI Ferrimanyetik Malzemeler: Bazı seramikler ferrimanyetizma denen kalıcı bir mıknatıslanma sergilerler. Farklı manyetik momente sahip malzemeler, atomik mıknatısları birbirlerine paralel olmayıp, birbirlerini yok etmeyecek şekildedirler. Örnek: Manyetit(Fe3O4)+Ni karışımı

87 YARıILETKENLER Yarı iletkenler: Elektrik akımını bir değere kadar akmasına izin vermeyen bu değerden sonra sonsuz küçük direnç gösteren maddelerdir.yarı iletkenler periyodik cetvelde 3-5. gruba girerler. İletkenlik bakımından iletkenler ile yalıtkanlar arasında yer alırlar. Normal halde yalıtkandırlar. Ancak ısı, ışık ve magnetik etki altında bırakıldığında veya gerilim uygulandığında bir miktar valans elektronu serbest hale geçer, yani iletkenlik özelliği kazanır. Bu şekilde iletkenlik özelliği kazanması geçici olup, dış etki kalkınca elektronlar tekrar atomlarına dönerler. Bu tür yarı iletkenler içlerine bazı özel maddeler katılarak da iletkenlikleri arttırılmaktadır.

88 YARıILETKENLER Diyot, transistör, tümdevre v.b elektronik devre elemanlarının üretiminde iki tip yarı iletken malzeme kullanır. Bunlar; SİLİSYUM ve GERMANYUM elementleridir. Bu elementlerin atomlarının her ikisi de 4 Valans elektronuna sahiptir. Bunların birbirinden farkı; Silisyumun çekirdeğinde 14 proton, germanyumun çekirdeğinde 32 proton vardır. Silisyum bu iki malzemenin en çok kullanılanıdır.

89 ENERJI-BAND DIYAGRAMLARı

90 YARıILETKENLER Elektronikte yararlanılan yarı iletkenler ve kullanılma yerleri Adı Germanyum (Ge) (Basit) Silikon (Si) (Basit) Selenyum (Se) (Basit) Bakır oksit (kuproksit) (CuO) (Bileşik) Galliyum Arsenic (Ga As) (Bileşik) Indiyum Fosfor (In P) (Bileşik) Kurşun Sülfür (Pb S) (Bileşik) Kullanım Yeri Diyot, transistör, entegre devre Diyot, transistör, entegre devre Diyot Diyot Tünel diyot, laser, fotodiyot, led Diyot, transistör Güneş pili (Fotosel)

91 YARıILETKENLER Elektronikte yararlanılan yarı iletken örnekleri

92 GERMANYUM Yarı metalik, yani metal ile ametaller arasında özellikler gösterir. Periyodik cetvelde 4. gruptadır. Atom numarası 32 dir. Germanyum nadir elementlerden olup, yer kabuğunda % 0,0004-0,0007 oranında bulunur. Yer kabuğunda yoğun olarak bulunmadığından, germanyumun elde edilmesi oldukça zordur. Hiçbir zaman serbest halde bulunmaz.

93 SILISYUM (SILIKON) Silisyum, yeryüzünde en çok bulunan elementlerden biridir. Atom numarası 14'tür. "Si" simgesi ile gösterilmektedir. Camın ana maddesi kum olarak bilinir. Silisyum kumda çok bulunmaktadır.