Dielektrik malzeme DİELEKTRİK ÖZELLİKLER. Elektriksel Kutuplaşma. Dielektrik malzemeler. Kutuplaşma Türleri 15.4.2015. Elektronik kutuplaşma



Benzer belgeler
MALZEME BILGISI (DERS NOTU)

Danışman: Yard. Doç. Dr. Metin Özgül

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

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

Rezistif Gerilimölçerler (Strain Gauge - Şekil Değişikliği Sensörleri)

BÖLÜM 7 YALITKANLAR & DİELEKTRİK ÖZELLİKLERİ

MALZEMENİN İÇ YAPISI: Katılarda Atomsal Bağ

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

YAŞAMIMIZDAKİ ELEKTRİK

MALZEME BİLGİSİ. Katı Eriyikler

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

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

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

ELEKTROSTATİK. Atomda proton ve nötrondan oluşan bir çekirdek ve çekirdeğin çevresinde yörüngelerde hareket eden elektronlar bulunur.

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

GENEL KİMYA. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM

Ders 2- Temel Elektriksel Büyüklükler

İNŞAAT MALZEME BİLGİSİ

MALZEME BİLGİSİ DERS 4 DR. FATİH AY.

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

Şekilde görüldüğü gibi Gerilim/akım yoğunluğu karakteristik eğrisi dört nedenden dolayi meydana gelir.

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

Malzeme Bilgisi Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Atom ve moleküller arası Atomsal bağlar

Malzemelerin Deformasyonu

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

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

DİELEKTRİKLER 5.1 ELEKTRİK ALANI İÇİNDEKİ YALITKAN ATOMUNUN DAVRANIŞI

ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLER

Sensörler. Yrd.Doç.Dr. İlker ÜNAL

Bölüm 7. Manyetik Alan ve. Manyetik Kuvvet. Copyright 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley

INSA 283 MALZEME BİLİMİ. Giriş

Elektrik Yük ve Elektrik Alan

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

Sensörler Öğr. Gör. Erhan CEMÜNAL Thomas Alva Edison

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

MADDENİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ ATOM

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

Fizik II Elektrik ve Manyetizma Elektriksel Potansiyel

Ölçme Kontrol ve Otomasyon Sistemleri 1

ATOMLAR ARASI BAĞLAR

BÖLÜM 7. Piezoelektrik, Pyroelektrik ve Ferroelektrik Malzemeler

ELEKTRİK AKIMI Elektrik Akım Şiddeti Bir İletkenin Direnci

Atom Yapısı & Atomlar Arası Bağlar

YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ BÖLÜM 7 DİELEKTRİK KAYIPLARI VE

12. SINIF KONU ANLATIMLI

Maddenin Mekanik Özellikleri

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

BİLEŞİKLER VE FORMÜLLERİ

ATOMİK YAPI VE ATOMLAR ARASI BAĞLAR. Aytekin Hitit

Modern Fiziğin Teknolojideki Uygulamaları

ATOM VE MOLEKÜLLER ARASI BAĞLAR

Elektron ışını ile şekil verme. Prof. Dr. Akgün ALSARAN

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİNDE MALZEME

12. SINIF KONU ANLATIMLI

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

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

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

ALAN ETKİLİ TRANSİSTÖR

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

Buna göre, bir devrede yük akışı olabilmesi için, üreteç ve pil gibi aygıtlara ihtiyaç vardır.

KOVALENT BAĞLARDA POLARLIK. Bileşikler 5. Bölüm

Bölüm 1 Elektrik Alanları. Prof. Dr. Bahadır BOYACIOĞLU

ELEKTRİKSEL POTANSİYEL

Radyoaktif elementin tek başına bulunması, bileşik içinde bulunması, katı, sıvı, gaz, iyon halinde bulunması radyoaktif özelliğini etkilemez.

ELEKTRİK DEVRE TEMELLERİ

<<<< Geri ELEKTRİK AKIMI

Nanolif Üretimi ve Uygulamaları

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

FİZİK 2 ELEKTRİK VE MANYETİZMA Elektrik yükü Elektrik alanlar Gauss Yasası Elektriksel potansiyel Kondansatör ve dielektrik Akım ve direnç Doğru akım

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

Malzeme Bilgisi Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Temel kavramlar Atomsal yapı

ELEKTROSTATİK. Atomda proton ve nötrondan oluşan bir çekirdek ve çekirdeğin çevresinde yörüngelerde hareket eden elektronlar bulunur.

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

Buna göre, bir devrede yük akışı olabilmesi için, üreteç ve pil gibi aygıtlara ihtiyaç vardır.

Elektromanyetik Alan Kaynakları (1)

BASMA DENEYİ MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ. 1. Basma Deneyinin Amacı

ELEKTROSTATİK Nötr (Yüksüz) Cisim: Pozitif Yüklü Cisim: Negatif Yüklü Cisim: İletken Cisimler: Yalıtkan Cisimler:

A A A A A A A A A A A

MUKAVEMET DERSİ. (Temel Kavramlar) Prof. Dr. Berna KENDİRLİ

ATOM BİLGİSİ Atom Modelleri

METALİK MALZEMELERİN GENEL KARAKTERİSTİKLERİ BAHAR 2010

1. Yarı İletken Diyotlar Konunun Özeti

MALZEME BİLİMİ Güz Yarıyılı Kocaeli Üniversitesi Ford Otosan Ġhsaniye Otomotiv MYO. Yrd. Doç. Dr. Egemen Avcu

MALZEMELERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ

Atomlar ve Moleküller

Malzemelerin Elektriksel ve Manyetik Özellikleri

ATOMLAR ARASI BAĞLAR Doç. Dr. Ramazan YILMAZ

PERİYODİK SİSTEM VE ELEKTRON DİZİLİMLERİ#6

SUYUN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ

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

İKLİM ELEMANLARI SICAKLIK

BASKI TEKNOLOJİSİNDE AKILLI MALZEME

KARAMANOĞLU MEHMETBEY ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Optik Özellikler. Elektromanyetik radyasyon

Yeniden Kristalleşme

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ

CALLİSTER - SERAMİKLER

Alternatif Akım; Zaman içerisinde yönü ve şiddeti belli bir düzen içerisinde değişen akıma alternatif akım denir.

TEMEL ELEKTRİK-ELEKTRONİK DERSİ SORU BANKASI

Bir katı malzeme ısıtıldığında, sıcaklığının artması, malzemenin bir miktar ısı enerjisini absorbe ettiğini gösterir. Isı kapasitesi, bir malzemenin

Transkript:

Dielektrik malzeme DİELEKTRİK ÖZELLİKLER Dielektrik malzemeler; serbest elektron yoktur, yalıtkan malzemelerdir, uygulanan elektriksel alandan etkilenebilirler. 1 2 Dielektrik malzemeler Elektriksel alan etkisinde elektronlar ve atomlar yer değiştirir, dolayısıyla elektriksel yük merkezleri kayar, bunun sonucu elektriksel kutuplaşma oluşur. Oluşan elektriksel kutuplar malzeme yüzeyinde elektriksel yük birikimi sağlar. Kondansatör üretiminde kullanılırlar Elektriksel Kutuplaşma Bir kütle içinde artı elektriksel yük merkezi ile eksi elektriksel yük merkezi çakışmazsa elektriksel kutuplaşma (polarizasyon) oluşur. Asimetrik veya polar molekülerde asimetrik dağılan elektronların ortak eksi yük merkezi, kütlenin ağırlık merkezindeki protonların sahip olduğu ortak artı yük merkezinin dışındadır. Bu şekilde oluşan kutuplaşma süreklidir. 3 4 Diğer taraftan bireysel atomlar ve simetrik moleküllerde zıt işaretli yük merkezleri çakışıktır ve net kutuplaşma yoktur. Ancak bunlara elektrik alanı uygulanırsa elektronların ortalama konumu eksi elektroda doğru bir miktar yer değiştirir. Böylece dış etki ile geçici kutuplaşma oluşur, alan kalkınca kutuplaşma kaybolur. Kutuplaşma Türleri Elektronik kutuplaşma Elektriksel alan etkisi yokken elektronlar çekirdek çevresinde homojen dağılmıştır ve yük merkezleri çakışıktır. Elektriksel alan uygulanınca eksi yüklü elektronlar alanın artı elektroduna, artı yüklü çekirdek eksi elektroda doğru az yer değiştir. Elektriksel alan kalkınca kutuplaşma kaybolur. 5 Tüm dielektrik malzemelerde elektronik kutuplaşma görülür. 6 1

İyonsal kutuplaşma İyonsal bağlı malzemelerde görülür. İyonsal malzemelerde net elektriksel yük sıfırdır ve kutuplaşma yoktur. Ancak elektriksel alan uygulanırsa, artı iyonlar eksi elektroda, eksi iyonlar artı elektroda doğru yer değiştirir. İyonların kütlesi elektronlara göre daha büyük olduğundan yer değiştirme daha güç gerçekleşir. - Yönsel kutuplaşma Asimetrik molekülerde kütlenin ağırlık merkezinde olan artı yük merkezi ile elektronların ortak eksi yük merkezi çakışmaz, dolayısıyla sürekli kutuplaşma görülür. Buna yönsel veya moleküler kutuplaşma denir. Elektriksel alan uygulanınca mevcut kutuplar alan etkisinde yönlenir. Elektriksel alan kalkınca kutuplar geri dönmeye çalışır, bazı malzemelerde geri dönüş tam olmayabilir, bazıları ise dönük olarak kalır. 7 8 Yönsel kutuplaşma Vektörel olarak gösterim: Bazı çok fazlı yapılarda fazlar arasına çökelen iletken fazların varlığı kuvvetli kutuplaşma sağlayabilir. Yerel kutuplaşma Özellikle yalıtkan bir ana faz (seramik) içinde dağılmış çok küçük iletken parçacıklarda (metal) alan etkisinde büyük ölçüde elektron hareketi kuvvetli _ kutuplaşma oluşturur. Elektriksel alan yok Elektriksel alan var 9 10 Dielektrik özellikler 1. Dielektrik sabit 2. Dielektrik mukavemet 3. Ferroelektrik özellik 4. Piezoelektrik özellik Dielektrik Sabit Elektriksel kutuplaşma malzeme yüzeyinde elektriksel yük birikimine neden olur. Dielektrik malzemede kalıcı kutuplaşma varsa yük birikimi kendiliğinden oluşur. Kalıcı kutuplaşması olmayan bir malzemeye elektriksel alan uygulanınca dış etki ile kutuplaşma meydana gelir, dolayısıyla yüzeyde elektriksel yük birikimi olur. Her iki halde de yüzeyindeki elektriksel yük yoğunluğu elektriksel alan şiddeti ile oranlıdır. Elektriksel alan şiddeti : E = V/d (volt/cm) 11 12 2

Levhaların arasında vakum varsa, elektriksel yük yoğunluğu q 0 (el/cm 2 ), q 0 = k 0 E = k 0 (V/d) Burada k 0 : vakumun dielektrik sabiti (orantılılık katsayısı) k 0 = 8,85x10-10 E : elektriksel alan 13 Eğer iletken levhalar arasına bir malzeme konursa elektriksel yük yoğunluğu q m =k m E Burada k m : malzemenin dielektrik sabitidir. Uygulamada k m dielektrik sabit yerine, onun vakumun dielektrik sabitine oranı; = k m / k 0 : bağıl dielektrik sabit kullanılır. Dielektrik sabiti ( ) bir malzeme özelliğidir. 14 Dielektrik Mukavement Elektriksel yalıtkanın temel özelliği özgül dirençtir. Gerçekte bir yalıtkanın dayanabileceği bir kritik elektriksel alan şiddeti vardır. Uygulanan gerilim kritik bir değeri aşarsa yalıtkanda, özellikle kusurlu bölgelerde mevcut elektronlar enerji aralığını atlayarak serbest hale geçer, bunlar da diğer elektronlara çarparak bir elektron seli oluşturabilirler. Sonuç olarak, kritik değer aşılınca aşırı akım sonucu dielektrik malzeme yanma, kavrulma veya ergime şeklinde tahrip olur ve yalıtkanlık işlemi sona erer. Bu kritik değere (elektrik alan) dielektrik mukavemet denir. 15 16 Ferroelektrik Özellik Elektriksel alan değişken ise yerel kutupların yönlenmesi eşzamanlı olmaz Elektriksel yükün alanla bir kapalı eğri şeklinde değişimi kutuplaşmanın tersinir olduğunu gösterir. Bu özelliğe ferroelektrik özellik ve buna sahip malzemelere de ferroelektrik malzemeler denir. Kapalı eğri içinde kalan alan bir çevrim boyunca kutupları döndürmek için sarf edilen enerjiyi verir. Dielektrik kayıp denen bu enerji ısıl enerji halinde çevreye yayılır. Ferrolektrik özelliğe sahip malzemeler ayrıca piezoelektrik özelliğe de sahiptirler. D:kalıcı yük yoğunluğu (elektriksel alan sıfıra döndüğünde kutupların bir kısmı ilk konumuna dönerken bir kısmı yönlenmiş olarak kalır) 17 Piezoelektrik özellik Sürekli kutuplaşmaya sahip bir asimetrik iyonsal kristale basınç uygulanırsa kutuplar arası uzaklık azalır, yüzeyinde yük birikimi değişir, dolayısıyla iki uç arasında bir gerilim farkı doğar ve bir iletkenle birleştirilirse akım akar. Böylece mekanik etki elektriksel büyüklüğe dönüşür. 18 3

Piezoelektrik özellik Diğer taraftan aynı kristalin iki ucu arasına bir gerilim uygulanırsa uçlarda yük yoğunluğu değişir, alan doğrultusunda dipol moment artar ve bunun sonucu kristalin boyu büyür. Alanın yönü değişirse aynı işaretli yükler birbirlerini iter ve kristalin boyu kısalır. Böylece elektriksel etki mekanik büyüklüğe dönüşür. Bu davranışa piezoelektrik özellik denir. Baryum titanat ve kuvartz kristali çok kullanılan iki önemli piezoelektrik malzemeleridir. 19 Ferroelektrik malzemeler Piezoelektrik malzemeler SiO 2 (kuvars) kristali piezoelektrik özelliğe sahiptir. Elektrik alan etkisinde kutuplaşmanın etkisi artıp eksilebilir ancak kutuplar yer değiştirmez, tersinir olmaz. Dolayısıyla ferroelektrik özellik göstermez 20 Kutuplaşmalar genelde tersinir, Değişken alanda yön değiştirirler. Ancak elektronların, atomların ve kutup çiftlerinin yön değiştirmesi ve hareket etmesi için belirli bir süreye ihtiyaç vardır. Kutuplaşmanın oluşması için gerekli süreye tekrar yönlenme süresi veya rölaksasyon süresi denir. Rölaksasyon süresinin tersine ise rölaksasyon frekansı denir. 21 22 1. Yeterli süre yoksa: kutuplaşma elektriksel alan değişiminin gerisinde kalır veya hiç oluşmaz. q 2. Elektriksel alan ve kutuplaşma değişimi eş zamanlı ise enerji kaybı olmaz. E Dielektrik sabiti 3. Kutuplaşma elektriksel alanın gerisinde kalırsa bir faz farkı doğar. Alan ile yük yoğunluğu farklı zamanlarda maksimuma ulaşır. Enerji kaybı oluşur. 23 Alternatif elektrik alanın frekansı 24 4

Sıcaklığın Dielektrik Özelliklere Etkisi Sıcaklık Elektronların ve atomların enerjileri Kutuplaşma Dielektrik sabiti (k) Dielektrik Malzemelerin Kullanım Alanları Dielektrik malzemeler kullanım alanlarına göre üç grupta toplanabilirler: a) Yalıtkan malzemeler: Özgül direnç ile dielektrik mukavemetleri yüksek, dielektrik sabit küçük, dolayısıyla dielektrik kaybı küçük olan malzemelerdir. b) Kapisatör malzemeleri: Üzerinde elektriksel yük biriktirerek ani akım değişimlerinde aşırı yük artmasını önler, böylece diğer devre elemanlarını korurlar. c) Piezoelektrik malzemeler: 25 26 Yalıtkan malzemeler Polimerler Üretimleri kolay ve ucuz Yüksek sıcaklık uygulamalarına elverişsiz (özellikle termoplastikler) Priz, fiş, sigorta gövdeleri gibi elemanlarda termoset plastikler kullanılır. Seramikler Yüksek sıcaklık ve gerilmelere maruz devrelerde (örnek: yüksek gerilim hatları, motor bujileri) 27 5