Transcript 2.Bölüm
İLETKEN (CONDUCTOR) NEDİR? Fizikte elektrik enerjisi ve ısı enerjisi geçiren cisimlere iletkenler denir. İletkenler başlıca katı, sıvı ve gaz halinde olabilirler. Bir maddenin elektrik akımını iletebilmesi için son yörüngesindeki serbest elektron sayısı 4 ten az olmalıdır. Buna göre tüm metaller iyi bir iletkendir. İçerisinde iyon olan her sıvı iletken özellik gösterir, buna göre insan vücudu da iyi bir iletkendir. Saf su yalıtkan, içme suyu iletkendir. İletkenliğin derecesi elektrik akımına gösterilen direnç (direnç=resistor= bir nesnenin elektrik akımına karşı dayanma özelliği) belirler. Direnci 0 (sıfır) olan iletkenlere süper iletken denir. Süper iletkenlik pratikte sıcaklığın belirli bir seviyeye düşürülmesi ile mümkündür. Dolayısıyla süper iletkenlik, maddenin düşük sıcaklıklarda direncinin sıfıra düşürülmesi ile elde edilir. Yalıtkan malzemelerin son yörüngesinde 8 elektron bulunur. Cam, kauçuk, yağ, pamuk örnek gösterilebilir. Son yörüngesinde 4 elektrona sahip elementlere yarı iletken elementler denilir. Bunların elektriksel açıdan davranışları belirli bir eşik değerine kadar yalıtkan sonrasında ise iletken özellik gösterirler. Diyot, transistör ve bunun gibi devre elemanları bu tür malzemelerden yapılır. Altın, gümüş ve bakır en iyi iletkenlerdir. Bakır ucuz olduğundan elektrik iletiminde kullanılır. Malzeme Direnci (Ohm) Gümüş 15,9 Bakır 17,1 Altın 22,1 Alüminyum 26,5 Çinko 52,8 Demir 96,1 Tablo:1 Bazı malzemelerin elektrik akımına gösterdikleri direnç değerleri Diyot Yarı iletken olan diyotların temel görevi elektrik akımını tek yönde iletmektir. Anot ve katot olmak üzere iki çeşidi vardır. Anot (P) +, katot (N) – olduğunda elektrik iletimine izin verir. Tersi durumda ise izin vermez. Transistör Kuvvetlendirme ve anahtarlama amaçlı kullanılan yarı iletken bir malzemedir. 2 Tipi (NPN ve PNP) ve 3 ucu vardır. Bunlara emitter, collector ve base uçları denir. Statik Elektrik ve Oluşumu Doğada görülen tüm eşyalar atomlardan oluşur. Atomlar elektron (-) , nötron (yüksüz) ve proton (+) parçacıklarından oluşur. Atomlarda proton ve elektron sayıları genelde eşittir. Bu eşitlikten dolayı atomlar yüksüz sayılır. Fakat 2 atom birbirine sürtündüğünde aralarında elektron geçişi olur. Bu durumda atomlardan biri elektron fazlalığına sahip olurken diğerinde elektron azalır. Elektron fazlalığı olan atom negatif yüklü, elektron azlığı olan atom ise pozitif yüklü olur. Bu şekilde oluşan yük farklılığına statik elektrik denir. Doğada şimşek, yıldırım buna örnek verilebilir. Statik elektrik neme, malzemeye, yüzeyin pürüzlüğüne, sıcaklığa ve gerilme gibi başka diğer özelliklere de bağlıdır. Bilindiği üzere aynı yüke sahip atomlar birbirini iterken farklı yüklü atomlar birbirini çekmektedir. İnsanların statik elektrik yüklenmesi yürüme esnasındaki sürtünmelerden, araçlara inip binmesinden, çalıştıkları masadan, giymiş-çıkarmış oldukları elbiselerden olabilir. Aşağıdaki tabloda insanların hareketleri esnasında oluşan bazı statik elektrik miktarları ve bunları oluşturan unsurlar verilmiştir. Statik Elektriği Oluşturan Faktörler Ortam nem değeri %10-%20 Nem %65-%90 Nem Vinylex kaplı ortamda çalışırken 6000 V 600 V Plastik klasör taşıma 7000 V 150 V Vinylex kaplı ortamda yürümek 12000 V 250 V Halı üzerinde yürümek 35000 V 1500 V Statik elektriği oluşturan faktörler ve miktarları görüldüğü gibi ortamdaki nem oranı arttıkça statik enerji miktarı azalmaktadır. Statik yüklenmeler yüksek voltaj değerlerinde olduklarından bazen görünür hale de gelebilirler. Işığın görünür hale gelebilmesi için en az 6000-7000 Volt civarında olması gerekir. Örneğin, yün kazak çıkartılırken ve manyetolu çakmaklardaki görünür ışık yaklaşık 7000 Volt’luk değerde atlama yapan statik yüktür. Çıplak ayakla halı üzerinde yürümek, özellikle kış aylarında giyilen yün bereleri çıkardığımızda saçlarımızın dikelmesi buna örnektir. Burada saçlardaki var olan elektronlar berenin çıkarılmasıyla sürtünmeden dolayı bereye geçmekte ve bere pozitif yüklenmektedir. Burada negatif yüklü olan saç telleri birbirini iteceğinden saçlarımız dikelir. Sürtünme ile elektriklenmeye triboelektrik denir. Artar Pozitif Yük Hava İnsan Teni Deri Cam Saçımız Naylon Yün Kürk İpek Kağıt Pamuk Artar 0 (Yüksüz) Negatif yük Çelik Ağaç Akrilik Sert Lastik Nikel, Bakır Altın, Platin Polyester PVC Silikon Teflon Tablo 2: Triboelektrik Listesi (Üstte bulunan elemanlardan biri ile alttaki elemanlardan biri sürtüldüğünde üstteki pozitif, alttaki eleman ise negatif duruma geçmektedir. ) Statik yükün voltajı çok fazla olmasına karşın, akımı çok zayıftır. Akım voltaj ile doğru orantılı olsaydı, birçok yüksek voltaj trafosu ile ilgilenen televizyon tamircisi çırağı yetişmezdi. Uçaklarda statik elektrik, hem fırtınalı havalarda üzerlerine düşen yıldırımın etkisiyle hem de kabin içindeki elektronik elemanların yaydığı, kabloların oluşturduğu, insanların kabin içindeki malzemelere sürekli sürtünmesi ile de oluşmaktadır. Eleman Adı Bozulma Gerilimi Eleman Adı Bozulma Gerilimi Mosfet 100 V Schottky Diyot 300 V Eprom 100 V Bipolar Transistör 380 V Jfet 140 V Film Direnç 300 V Op-Amp 190 V Tristör 680 V CMOS 250 V TTL 1000 V Tablo 3: Bazı elektronik elemanların bozulabileceği gerilim değerleri. Statik Elektriğin Zararları İnsanların almış oldukları statik elektrik hem sağlıklarına, hem de kullanmış oldukları elektronik cihazlara zarar vermektedir. Statik elektrik plastik, levha, kağıt , karton gibi yalıtkan malzemelerde çalışan bir çok endüstrinin sorunudur. Statik elektriğin dezavantajlarından biri de yüzeylerin tozlanmasına neden olmasıdır. Elektrostatik itme veya çekme nedeni ile malzeme ya makineye yada birbirine yapışır. Elektrostatiklenme nedeni ile toz veya diğer parçacıklar malzemeye yapışır. Buda çok ciddi kalite sorunlarına yol açar. Toz kaplı donanım birimlerinin ısı transferi güç olmakta ve cihazlar ısınmaktadır. Ayrıca nemle birleşen toz parçacıkları iletken bir yapı gösterebilir. Bunun önüne geçmek için antistatik temizleme spreyleri kullanılmalıdır. Bayanlarda statik elektrik özellikle akne (yüz, omuzlar, sırt ve göğüsteki yağ bezleriyle ilgili bir deri hastalığı), seboreik (aşırı yağlanma ve yağ bezi sayısının en çok bulunduğu alanlardaki iltihaplanma) dermatit gibi deri hastalıklarına neden olduğu tespit edilmiştir. Statik Elektriğin Zarar Verebileceği Ortamlarda Alınabilecek Önlemler • Elektrostatik yüklere karşı bir önlem, yalıtkan giysi, terlik veya ayakkabılardan, birikime yol açacak kalın ipek veya yün halılardan özellikle duvardan duvara olanlardan kaçınmak gerekir. • Özellikle rutubetli havalarda ve boydan boya halı ile kaplı olan evlerde oluşan statik elektrik, halı üzerinde duran “metal müzik seti sehpası” tarafından alınmaktadır. Aynı şekilde insan teması ile elektronik aletlere statik elektrik aktarımı olmaktadır. Bu elektrik o derece kuvvetlidir ki, sabah saatlerinde üzerinde kimse dolaşmadan bakıldığında halı üzerinde ve metal müzik sehpalar üzerinde basit ölçüm araçlarıyla görünmektedir. Metal müzik sehpaları, statik elektriğe karşı basit bir kablo ile en yakın prizden topraklanmalıdır. • Statik elektriği önlemenin veya şiddetini azaltmanın yollarından biri, bulunulan ortamın nemlendirilmesidir. Çünkü nemli havada bulunan iyonlar statik yükün bir kısmını nötrler. Nem oranını %60’a çıkartmak, deşarj olasılığını azaltır. Fakat bu yöntem iyi bir çözüm değildir. Havadaki yüksek nem oranı, çalışanlar açısından rahatsız bir ortam oluşturduğu gibi yüzeylerde ıslaklığa ve donanımda daha hızlı paslanmaya yol açar. Ayrıca yüzeylerdeki ıslaklık, statik elektrik açısından iletkenlik sağlar. • Elektronik malzemelerle çalışma yapılan tüm ortamlarda antistatik malzemeler kullanılarak, statik yüke karşı kesinlikle tedbir alınmalıdır. Antistatik malzemeler statik elektriğin oluşmasını ve elektronik devre elemanlarının zarar görmesini önleyebilen malzemelerdir. • Donanım malzemelerine zarar verilmemesi icin profesyonel bir ortamda çalışan kişilerin statik elektriklerinin alınması için antistatik bileklik kullanmaları gerekmektedir.