Malzemeler ve Alanlar
advertisement
Malzemeler elektrik yükünü iletebilme yeteneklerine göre 3’e ayrılırlar. İletkenler Yarı-iletkenler Yalıtkanlar : iletkenlik katsayısı (S/m) Malzemelerin iletkenlikleri sıcaklık ve frekansla değişir. >> 1 : iyi iletkenler << 1 : yalıtkanlar iletken bir malzeme, elektrik yüklerinin malzeme içinde rahat hareket edebildikleri maddedir. Alüminyum ve bakır gibi metal malzemeler en iyi iletken malzemelere örnek olarak verilebilir. Metallerde elektrik yükleri eksi yüklü parçacıklarla, yani elektronlar ile taşınır. İletken malzemelerin iki ucuna gerilim (potansiyel fark) uyguladığımızda malzeme içindeki elektrik yükleri belirli bir sıraya girecekler, bu düzen içerisinde bir elektron diğerini uyararak dalga dalga ilerleyen bir uyarım meydana gelecektir. Malzeme içerisinde yükler hareket ederken bir yükün çok uzun mesafeler kat etmesine gerek yoktur. Bir elektrona uyartım verildiğinde bu yük, komşu atom ya da moleküllere sıçrar. Bu sıçrama malzeme bütününe yayılarak adeta bir domino etkisi gösterir ve malzeme bütününde iletkenlik sağlanmış olur. Bilindiği gibi metal malzemeler en iyi iletkenlerdir. Metallerin mikroskopik yapılarına yakından bakıldığında metal atomlarının dış yörüngelerinde her an kopmak üzere olan serbest elektronların bulunduğu görülür. Metallerin iletkenliği yüklerin ne kadar kolay kopabildiğine, mikroskopik kuvvetlerin bu yük değişimini ne kadar engellediğine veya desteklediğine ve yüklerin kendi aralarında çarpışmalarına bağlıdır. Elektromanyetik etki altında hareket eden atmosferdeki iyonize ortamda olduğu gibi serbest yüklerin bir dış kaynak tarafından hareket ettirilmesiyle oluşur. Konveksiyon akımı, iletkenlik akımından farklı olarak, iletken ortamda meydana gelmez, Ohm kanununu sağlamaz. İletkenlik akımı, iletken ortamlarda meydana gelir. Elektrik alan etkisi altında serbest elektronların hareketi ile meydana gelir. Elektrik alan uygulandığı zaman bir elektron üzerine etki eden kuvvet aşağıdaki gibi ifade edilebilir. Elektronlar boşlukta olmadığı için, hızlanamayacaklardır. Harekete geçen elektronlar diğer elektron ve atomlarla çarpışacaklardır. Yük hareketi, diğer yüklerle etkileşim aralığını oluşturan kısa bir mesafede gerçekleşir. Bu nedenle yük hareketi bir göçten ibarettir. Bu net yük göçüne iletkenlik akımı denir. Elektronların ortalama sürüklenme hızı; : ortalama çarpışma zamanı m : elektronun kütlesi Birim hacimde n tane elektron olduğunu varsayarsak, hacimsel elektron yük yoğunluğu aşağıdaki gibi yazılabilir. İletkenlik akım yoğunluğu ise aşağıdaki gibi ifade edilir. Ohm Kanunu Dielektrik malzemeleri oluşturan atom ya da moleküllerin her biri, toplamda nötür olmakla beraber, yerel olarak + ve – yük dengesizlikleri barındırdığından, eşit büyüklükte iki zıt işaretli yükten oluşan ‘elektrik çiftkutupları’ gibidirler. Dolayısıyla, her birinin yakın civarında, + kutbundan – kutbuna doğru uzanan minik bir elektrik alanı bulunur. Ancak, çiftkutupların doğrultuları, malzemenin termodinamik dengede olduğu olağan koşullar altında, gelişigüzel yönlerdedir. Dolayısıyla, malzemenin en küçük parçaları dahi, dışarıya yüksüz görünür. Halbuki dışarıdan bir elektrik alanı uygulandığında, çiftkuplar tepki göstererek, kendi elektrik alanlarını uygulanan elektrik alanına, olabildiğince ters yönde konumlandırma eğilimi sergilerler. Polarizasyon vektörü Deplasman vektörü : Elektrik duyarlılık, suseptibilite Elektrik alan yalıtkan malzemelerde kutuplanmaya neden olur. Elektrik alan çok büyükse elektronları atom veya molekülden koparabilir. Elektrik alan etkisiyle kopan elektronlar hızlanarak kafes yapısını bozar ve malzemede hasar oluşur, malzeme iletken duruma geçerek büyük akımların geçişine izin verir. Bu olay yalıtkanın delinmesi olarak adlandırılır. Malzemenin delinmeden dayanabileceği maksimum elektrik alan şiddetine dielektrik dayanıklık denir. Ferromanyetik malzemelerde manyetizasyon vektörü; Manyetizasyon vektörü Manyetik duyarlılık Manyetik geçirgenlik katsayısı Manyetik malzemeler manyetik geçirgenliklerine göre 3’e ayrılırlar 𝑟 ≤ 1 ise diamanyetik (örn: bakır, germanyum, gümüş, altın. Manyetik geçirgenlikleri yaklaşık −10−5 mertebesindedir.) 𝑟 ≥ 1 ise paramanyetik (örn: alüminyum, magnezyum, titanyum. Manyetik geçirgenlikleri yaklaşık 10−5 mertebesindedir.) 𝑟 ≫ 1 ise ferromanyetik (örn: nikel (𝑟 = 250), kobalt (𝑟 =600), demir (𝑟 = 4000) ). Artık mıknatıslık Zorlayıcı alan Normal mıknatıslanma eğrisi Histerezis Eğrisi
