BÖLÜM 7 YALITKANLAR & DİELEKTRİK ÖZELLİKLERİ

Benzer belgeler
DİELEKTRİK MALZEMELER

Dielektrik malzeme DİELEKTRİK ÖZELLİKLER. Elektriksel Kutuplaşma. Dielektrik malzemeler. Kutuplaşma Türleri Elektronik kutuplaşma

Malzemeler elektrik yükünü iletebilme yeteneklerine göre 3 e ayrılırlar. İletkenler Yarı-iletkenler Yalıtkanlar

Bir iletken katı malzemenin en önemli elektriksel özelliklerinden birisi, elektrik akımını kolaylıkla iletmesidir. Ohm kanunu, akım I- veya yükün

ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLER

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

Ölçme Kontrol ve Otomasyon Sistemleri 1

Atomların bir arada tutulmalarını sağlayan kuvvetlerdir Atomlar daha düşük enerjili duruma erişmek (daha kararlı olmak) için bir araya gelirler

SIĞA VE DİELEKTRİKLER

BÖLÜM 2 ATOMİK YAPI İÇERİK. Atom yapısı. Bağ tipleri. Chapter 2-1

BİLEŞİKLER VE FORMÜLLERİ

YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ BÖLÜM 7 DİELEKTRİK KAYIPLARI VE

Bölüm 1 Elektrik Alanları. Prof. Dr. Bahadır BOYACIOĞLU

MALZEMENİN İÇ YAPISI: Katılarda Atomsal Bağ

Paylaşılan elektron ya da elektronlar, her iki çekirdek etrafında dolanacaklar, iki çekirdek arasındaki bölgede daha uzun süre bulundukları için bu

İletken Malzemeler

CALLİSTER - SERAMİKLER

Elektrostatik Elektrik Alan Elektrik Akı Kondansatör. Kaynak : Serway-Beichner Bölüm 23, 24, 26

Hareket halindeki elektrik yüklerinin oluşturduğu bir sistem düşünelim. Belirli bir bölgede net bir yük akışı olduğunda, akımın mevcut olduğu

Sensörler Öğr. Gör. Erhan CEMÜNAL Thomas Alva Edison

Ankara Üniversitesi Fen Fakültesi Fizik Bölümü 7. Hafta. Aysuhan OZANSOY

BÖLÜM 8 MALZEMENİN MANYETİK ÖZELLİKLERİ

Atomlar birleştiği zaman elektron dağılımındaki değişmelerin bir sonucu olarak kimyasal bağlar meydana gelir. Üç çeşit temel bağ vardır:

KRİSTAL KUSURLARI BÖLÜM 3. Bağlar + Kristal yapısı + Kusurlar. Özellikler. Kusurlar malzeme özelliğini önemli ölçüde etkiler.

Ders 2- Temel Elektriksel Büyüklükler

MALZEME BİLGİSİ DERS 4 DR. FATİH AY.

2/13/2018 MALZEMELERİN GRUPLANDIRILMASI

Makine Mühendisliği İçin Elektrik-Elektronik Bilgisi. Ders Notu-4 Kondansatörler ve Bobinler

Serüveni 3. ÜNİTE KİMYASAL TÜRLER ARASI ETKİLEŞİM GÜÇLÜ ETKİLEŞİM. o İYONİK BAĞ o KOVALENT BAĞ o METALİK BAĞ

Danışman: Yard. Doç. Dr. Metin Özgül

BÖLÜM 2 ATOMİK YAPI İÇERİK. Atom yapısı. Bağ tipleri. Chapter 2-1

Ankara Üniversitesi Fen Fakültesi Kimya Bölümü A Grubu Bahar Yarıyılı Bölüm-5 Özeti Ankara Aysuhan OZANSOY

5.111 Ders Özeti #12. Konular: I. Oktet kuralından sapmalar

KARABÜK ÜNİVERSİTESİ Öğretim Üyesi: Doç.Dr. Tamila ANUTGAN 1

1. ÜNİTE ELEKTRİKTE KULLANILAN SEMBOLLER

Alternatif Akım Devreleri

YAŞAMIMIZDAKİ ELEKTRİK

Örnek : 3- Bileşiklerin Özellikleri :

ALAN ETKİLİ TRANSİSTÖR

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0

Elektrik Yük ve Elektrik Alan

GENEL KİMYA. 4. Konu: Kimyasal türler, Kimyasal türler arasındaki etkileşimler, Kimyasal Bağlar

Elektromanyetik Alan Kaynakları (1)

DİELEKTRİKLER 5.1 ELEKTRİK ALANI İÇİNDEKİ YALITKAN ATOMUNUN DAVRANIŞI

Ankara Üniversitesi Fen Fakültesi Kimya Bölümü Bahar Yarıyılı Bölüm Ankara Aysuhan OZANSOY

Günümüzde bilinen 117 element olmasına rağmen (92 tanesi doğada bulunur) bu elementler farklı sayıda ve şekilde birleşerek ve etkileşerek farklı

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0

GENEL KİMYA. 4. Konu: Kimyasal türler, Kimyasal türler arasındaki etkileşimler, Kimyasal Bağlar

Aşağıda verilen özet bilginin ayrıntısını, ders kitabı. olarak önerilen, Erdik ve Sarıkaya nın Temel. Üniversitesi Kimyası" Kitabı ndan okuyunuz.

MEKATRONİĞİN TEMELLERİ TEMEL ELEKTRONİK KAVRAMLARI

İLERİ YAPI MALZEMELERİ-2 MALZEME ÖZELLİKLERİ

Temel Kavramlar. Elektrik Nedir? Elektrik nedir? Elektrikler geldi, gitti, çarpıldım derken neyi kastederiz?

FİZK Ders 5. Elektrik Alanları. Dr. Ali ÖVGÜN. DAÜ Fizik Bölümü.

KARABÜK ÜNİVERSİTESİ Öğretim Üyesi: Doç.Dr. Tamila ANUTGAN

Manyetik Alan. Manyetik Akı. Manyetik Akı Yoğunluğu. Ferromanyetik Malzemeler. B-H eğrileri (Hysteresis)

MADDENİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ ATOM

MALZEME BİLGİSİ. Katı Eriyikler

1. Sunum: Kapasitans ve İndüktans. Kaynak: Temel Mühendislik Devre Analizi, J. David IRWIN- R. Mark NELMS

ELEKTRİK DEVRE TEMELLERİ

BAHAR YARIYILI FİZİK 2 DERSİ. Yrd. Doç. Dr. Hakan YAKUT. Fizik Bölümü

METALİK MALZEMELERİN GENEL KARAKTERİSTİKLERİ BAHAR 2010

KISA DALGA DİATERMİ UZM. FZT. ZÜBEYDE ERCAN

Periyodik Tablo(sistem)

Enerji Band Diyagramları

Farklı malzemelerin dielektrik sabiti LEP _00

Elementlerin büyük bir kısmı tabiatta saf hâlde bulunmaz. Çoğunlukla başka elementlerle bileşikler oluşturmuş şekilde bulunurlar.

Atomdan e koparmak için az ya da çok enerji uygulamak gereklidir. Bu enerji ısıtma, sürtme, gerilim uygulama ve benzeri şekilde verilebilir.

Hazırlayan: Tugay ARSLAN

1. Yarı İletken Diyotlar Konunun Özeti

İNŞAAT MALZEME BİLGİSİ

TEMEL BİLGİLER. İletken : Elektrik yüklerinin oldukça serbest hareket ettikleri maddelerdir. Örnek olarak bakır, gümüş ve alüminyum verilebilir.

AET 113 DOĞRU AKIMI DEVRE ANALİZİ 1. HAFTA

Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi, Fizik Bölümü Fizik II Dersi Birinci Ara Sınavı

Nanolif Üretimi ve Uygulamaları

ATOMLAR ARASI BAĞLAR Doç. Dr. Ramazan YILMAZ

İletken, Yalıtkan ve Yarı İletken

Malzemelerin Deformasyonu

Farklı materyallerin elektrik geçirmezlik sabiti

Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇ. Yrd.Doç.Dr. Emre YALAMAÇ İÇERİK

Soygazların bileşik oluşturamamasının sebebi bütün orbitallerinin dolu olmasındandır.

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ

YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Mekanik Anabilim Dalı Özel Laboratuvar Dersi Strain Gauge Deneyi Çalışma Notu

ÖĞRENME ALANI : FĐZĐKSEL OLAYLAR ÜNĐTE 3 : YAŞAMIMIZDAKĐ ELEKTRĐK (MEB)

Katılar. MÜHENDİSLİK KİMYASI DERS NOTLARI Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN. Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2006

Akım ve Direnç. Bölüm 27. Elektrik Akımı Direnç ve Ohm Kanunu Direnç ve Sıcaklık Elektrik Enerjisi ve Güç

Elektronik-I. Yrd. Doç. Dr. Özlem POLAT

Karadeniz Teknik Üniversitesi. Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

4 ELEKTRİK AKIMLARI. Elektik Akımı ve Akım Yoğunluğu. Elektrik yüklerinin akışına elektrik akımı denir. Yük

PERİYODİK CETVEL Mendeleev Henry Moseley Glenn Seaborg

MALZEME BILGISI (DERS NOTU)

Atomlar birleştiği zaman elektron dağılımındaki değişmelerin bir sonucu olarak kimyasal bağlar meydana gelir. Üç çeşit temel bağ vardır.

DENEY 6 TUNGSTEN FİTİLLİ AMPUL VE YARIİLETKEN DİYOT

EMAT ÇALIŞMA SORULARI

Element ve Bileşikler

ELEKTROMANYETIK ALAN TEORISI

<<<< Geri ELEKTRİK AKIMI

KOVALENT BAĞLARDA POLARLIK. Bileşikler 5. Bölüm

DA DEVRE. Ege Üniversitesi Ege MYO Mekatronik Programı ANALIZI

MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 3 Çözümler

ATOM ve YAPISI Maddelerin gözle görülmeyen (bölünmeyen) en parçasına atom denir. Atom kendinden başka hiçbir fiziksel ya da kimyasal metotlarla

Transkript:

YALITKANLAR & DİELEKTRİK ÖZELLİKLERİ Dielektrikler elektriksel olarak yalıtkan malzemelerdir. Malzemenin elektriksel özelliğinin enerji band yapısına bağlı olduğunu söylemiştik. Yalıtkan malzemelerde enerji band yapısı Boş iletim bandı Yasak band aralığı elektronlarla dolu değerlik bandı ile boş iletim bandı arasında geniş bir enerji boşluğu yasak band aralığı (>2eV) biçiminde idi. Dolu Değerlik band Bu yapı elektronların kolayca iletim bandına atlayarak iletime katılmasına imkan tanımaz. Peki dielektrik malzemeler uygulanan elektrik alana nasıl tepki verirler??? 2 1

Dielektrik malzemelerin yapısında serbestçe dolaşan elektronlar bulunmaz ancak yine de yapı içinde var olan yüklü parçalıklar uygulanan dış elektrik alandan etkileneceklerdir. Dielektrik malzemeler atomik ya da moleküler düzeyde (+) ve (-) yük parçalarının birbirinden belli uzaklıklarda bulunması ile oluşan ve elektrik dipol momenti olarak adlandırılan yapılara sahiptirler ya da sahip olabilirler. Dielektrik malzemelerin elektriksel davranışının kaynağı da söz konusu elektriksel dipol momentleridir. 3 Elektrik Dipol Momenti Elektrik dipol momenti dielektrik teoride önemli bir kavramdır ve birbirinde sonlu d mesafesi kadar ayrılmış aynı büyüklüklü fakat zıt işaretli bir yük çiftinin elektrostatik etkisinin ölçüsü olarak tanımlanır. p = Qd Net yükü 0 olmasına rağmen bu yapı elektrik alan oluşturur ve diğer kaynakların oluşturduğu elektrik alandan etkilenir. 4 2

Dielektrikleri iki gruba ayırabiliriz. İlk grup dielektrik malzemeler, polar olmayan dielektrikler olarak adlandırılırlar. Bu gruba giren malzemelerde, moleküller kendiliğinden bir elektriksel dipol momentine sahip değillerdir. Bu malzemelerde elektrik dipol momenti malzemeye bir dış elektrik alan uygulanması ile indüklenir. Polar olmayan dielektriklerde bir dış elektrik alan olmadığı durumda, moleküllerin pozitif ve negatif yük merkezleri çakışık halde bulunur. Ancak elektrik alan uygulandığında üzerine etki eden elektriksel kuvvet nedeni ile başlangıçta çakışık olan yük merkezleri kayarak birbirinden ayrılır ve böylece bir elektriksel moment indüklenmiş olur. dipol 5 İkinci grup ise kalıcı elektriksel dipol momentine sahip olan Polar Dielektrikler dir. Su bu grup için güzel bir örnektir. p Su molekülü geometrisinden dolayı sürekli elektriksel dipol momentine sahiptir. Bir dış elektrik alan yoksa polar dielektrik malzemede dipol momentler tamamen rasgele yönelmiş durumda bulunurlar. E 0 gibi bir dış elektrik alan etkisi altında kaldığında dipoller üzerine etkiyen tork onları dış alanla aynı yönlü yönelmeye zorlar. Bu durum dielektriğin kutuplanma sı olarak adlandırılır. 6 3

Kutuplanma / Polarizasyon kalıcı ya da indüklenmiş dipol momentlerinin uygulanan dış elektrik alan etkisi ile alan yönünde yönelmesidir. Dielektrik malzemelerde polarizasyon 3 farklı mekanizma ile ortaya çıkabilir. 1.Elektronik Polarisazyon 7 2.Dipolar ya da yönelimsel polarizasyon From Principles of Electronic Materials and Devices, Third Edition, S.O. Kasap ( McGraw-Hill, 2005) 8 4

3. İyonik Polarizasyon Bu tür polarizasyon NaCl, KCl, gibi iyonik kristallerde görülür. İyonik kristaller tanımlanmış örgü konumlarında bulunan Na + ve Cl - gibi birbirinden farklı iyonlar içerir ve her zıt işaretli komşu iyon çifti bir dipol momenti oluşturur. Bir dış elektrik alan yokken eşit büyüklükte dipol momentler zıt yönde yönelmiş olduklarından net dipol momentini 0 yaparlar ve kristal kutuplanmamıştır. +x yönünde bir elektrik alan uygulandığında (-) yüklü iyonlar x yönünde itilirken, (+) yüklü iyonlar +x yönünde itilir ve dipol momentinin büyüklükleri değişir. Buda dış alan yönünde net bir dipol momentine ve malzemenin kutuplanmasına sebep olur. From Principles of Electronic Materials and Devices, Third Edition, S.O. Kasap ( McGraw-Hill, 2005) 9 Ayrıca trafo veya kapasitörlerde olduğu gibi farklı dielektrik yalıtkanların bir arada kullanıldığı durumlarda iki farklı dielektriğin bir araya geldiği bölgelerde yüklerin yoğunlaşma olayına sınır alanı polarizasyonu ya da yüzeyler arası polarizasyon denir. 10 5

d Bir kapasitörün uçları arasına bir potansiyel farkı uygulandığında plakalardan biri +Q diğeri Q yükü ile yüklenir ve plakalar arasında (+) dan (-) ye yönelmiş bir elektrik alan oluşur. Kapasitörün yük biriktirebilme yeteneği kapasitans olarak adlandırılır ve C o = Q o V olarak tanımlanır. C o = Plakara arası boşluk olan paralel plakalı kapasitörün kapasitansı Q o = Plakalar üzerinde biriken yük miktarı V = Plakalar arasına uygulanan potansiyel farkı 11 Bir kapasitörün kapasitansı geometrisine bağlıdır. Paralel plakalı kapasitör için Burada C = ε o 0 olarak verilir. A d A: plakaların alanı d: plakalar arası mesafe ε 0 : boşluğun elektriksel geçirgenliği dir. 12 ε 0 = 8.85*10 F / m Kapasitörün plakaları arasına bir dielektrik malzeme yerleştirilirse kapasitörün kapasitansı yani birim voltaj başına yük depolama yeteneği bağıl geçirgenlik ya da dielektrik sabiti, ε r olarak adlandırılan faktör kadar artar. 12 6

Plakalar arası boşluk iken C Q = = ε V o o 0 A d Plakalar arası dielektrik malzeme yerleştirildiğinde C ε = ε ε 0 Q = = ε ε V o 0 From Principles of Electronic Materials and Devices, Third Edition, S.O. Kasap ( McGraw-Hill, 2005) 13 r r A d ε : mutlak geçirgenlik ε r : bağıl geçirgenlik ya da ortamın dielektrik sabiti Plakalar arası dielektrik malzeme yerleştirildiğinde depolanan yükte meydana gelen artış uygulanan elektrik alana bağlı olarak dielektrik malzemenin kutuplanmasından kaynaklanır. ε C ε r = = ε C 0 Q = Q 0 0 Dielektrik malzeme konulduğunda elektrik alanın değişmediğini hatırlamak önemlidir! Potansiyel fark değişmediğinden gradiyenti yani elektrik alanı da değişmez. d V E = V = E.d l x E V = d 0 14 7

Net yükün 0 olduğu bölge Polarizasyon yolu ile ortaya çıkan Q p yüzeysel polarizasyon yükleri Polarizasyon yolu ile ortaya çıkan +Q p yüzeysel polarizasyon yükleri Q p ve +Q p bağlı yükleridir, malzemenin kutuplanması sonucu oluşurlar ve yüzeysel polarizasyon yükleri olarak isimlendirilirler. Ortamın kutuplanması Polarizasyon vektörü, P adı verilen bir nicelikle ifade edilir. Polarizasyon vektörü birim hacimdeki toplam dipol moment olarak tanımlanır. 15 p toplam Kutuplanmış dielektrik malzemeye tek başına baktığımızda basitçe birbirinden d mesafesi kadar ayrılmış Q p ve +Q p yüzey yükleri biçiminde düşünebiliriz. Bunu da büyük bir dipole benzetebiliriz. = Q d p O halde Polarizasyon vektörünün büyüklüğü P p toplam Q pd Q p = = = = σ hacim Ad A p yüzeysel polarizasyon yük yoğunluğu 16 8

Bir dielektrik malzeme bir elektrik alana konulduğunda malzemede indüklenen polarizasyon elektrik alana bağlıdır. 0 e Bu eşitlik E etkisi ile oluşan tepkiyi (P) ifade eder. χ e etkiyi tepkiye bağlayan niceliktir ve elektriksel duygunluk olarak isimlendirilir. P = ε χ E Serbest yükler ile polarizasyon yüklerinin farklı olduğuna dikkat etmek önemlidir. Plakalarda oluşan Q yükleri serbest yüklerdir. Metal içindeki serbest elektron hareketi ile oluşurlar. Ancak Q p ve +Q p polarizasyon yükleri atom yada moleküllere bağlı yüklerdir. Dielektrik içinde ya da yüzeyde serbestçe hareket edemezler. 17 Aslında elektrik akımını hiç geçirmeyen madde yoktur. Yalıtkan olarak bilinen maddeler "çok az" bir akım geçirirler yani elektriksel iletkenlikleri çok düşük özdirençleri ise yüksektir. Gerçekte bir yalıtkanın dayanabileceği bir kritik elektriksel alan şiddeti (>10 8 V/m) vardır. Uygulanan gerilim kritik bir değeri aşarsa değerlik bandındaki elektronlar yasak band aralığını atlayarak iletim bandına çıkabilirler. Yüksel enerji kazanan bu elektronlar ivmelenerek diğer elektronlara çarpıp onları da üst enerji seviyesine uyarabilirler Sonuç olarak, kritik değer aşılınca yalıtkan tamamen iletken olur. Buna yalıtkanın delinmesi (electrical breakdown) denir. Bu kritik değer ise dielektrik mukavemet ya da dielektrik dayanımı olarak adlandırılır. Elektrik ve elektronik çalışmalarında kullanılan el takımlarının sap izoleleri incelenecek olursa, burada yalıtkanın dayanabileceği son (maksimum) gerilim değeri yazılıdır. Örneğin penselerin sap izolesinde 10.000 Volt yazar. Bu, plastik yalıtkan 10.000 Volt'tan sonra iletken hale geçebilir anlamı taşır. 18 9

19 Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri Seramikler Seramikler çoğunluğu metal ve ametal malzemelerin karışımından meydana gelen oksitlerdir. İyi derecede elektriksel yalıtkan özelliğe sahiptirler. Elektronikte direnç, kapasitör v.b. devre elemanı yapımında ve Yüksek sıcaklık ve gerilmelere maruz kalan devrelerde (örnek: yüksek gerilim hatları, motor bujileri) kullanılmaktadır. Seramik izolatörler ve soket 20 10

Cam Silisyum, sodyum, potasyum karbonatları, kireç ve kurşun oksitleri gibi türlü maddelerin ergitilmelerinden elde edilir. Esas rengi saydam ve şekilsizdir. Sıcak olarak şekil verilebilir. Su, yağ ve asitlerden etkilenmez. Kırılgan olup ani ısı değişimlerinde çatlama eğilimi gösterir. Cam izolatörler Kondansatörlerde dielektrik malzemesi, Havai hat izolatörleri, Akümülatör ve pil kapları yapımında kullanılır. Ayrıca elektrikli aydınlatma cihazlarında da kullanılır. 21 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. Porselenler alçak ve yüksek gerilim havai hatlarında, telefon hatlarında, izolatör yapımında kullanılır. Ayrıca anahtar, şalter, sigorta, duy, priz gibi tesisat malzemeleri de yumuşak porselenden yapılır. Porselen izolatörler 22 11

Polivinilklorür PVC Polivinilklorür veya kısaca PVC en çok kullanılan izolasyon malzemelerinden biridir. 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. 23 12