İletkenlerin Temel Özellikleri Nelerdir?

İletkenlerin başlıca özellikleri
• Elektrik akımını iyi iletirler.
• Atomların dış yörüngesindeki elektronlar atoma zayıf olarak bağlıdır. Isı, ışık ve elektriksel etki altında kolaylıkla atomdan ayrılırlar.
• Dış yörüngedeki elektronlara Valans Elektron denir.
• Metaller, bazı sıvı ve gazlar iletken olarak kullanılır.
• Metaller, sıvı ve gazlara göre daha iyi iletkendir.
• Metaller de, iyi iletken ve kötü iletken olarak kendi aralarında gruplara ayrılır.
• Atomları 1 valans elektronlu olan metaller, iyi iletkendir. Buna örnek olarak, altın, gümüş, bakır gösterilebilir.
• Bakır tam saf olarak elde edilmediğinden, altın ve gümüşe göre biraz daha kötü iletken olmasına rağmen, ucuz ve bol olduğundan, en çok kullanılan metaldir.
• Atomlarında 2 ve 3 valans elektronu olan demir (2 dış elektronlu) ve alüminyum (3 dış elektronlu) iyi birer iletken olmamasına rağmen, ucuz ve bol olduğu için geçmiş yıllarda kablo olarak kullanılmıştır.

Süper iletkenlik
Süperiletkenligin Tanimi
Süperiletkenlik, belirli maddelerin dogru akimi hiçbir direnç ve kayipsiz iletmek için asiri düsük sicakliklara sogutulduklarinda, bu maddelerin gösterdikleri özellikleridir. Baska bir deyisle sicakligin belirli bir degerin altina düsürüldügü zaman dogru akim ile elektriksel dirençleri sifir olan malzemelere süperiletken denir.

Yüzlerce malzemenin çok düsük sicakliklarda süperiletkene dönüstügü bilinmektedir. Hepsi metal olan 27 kimyasal element, atmosfer basincinda, kendi kristalgrafik formlarinda süperiletkenlerdir. Bunlar arasinda yaygin olarak bilinenler Alüminyum, Kalay, Kursun, Civa, Renyum, Lantan ve Proktantinyum yer alir. Bunlara ilave olarak metal, yariiletken olan 11 kimyasal element düsük isi ve yüksek basinç altinda süperiletkendir. Uranyum, Seryum, Silikon ve Selenyumu bunlar arasinda sayabiliriz. Bizmut kendi kristal-grafik formunda süperiletken olmamasina ragmen, çok düsük sicakliklarda düzenli duruma geçerek süperiletken süperiletken haline gelebilir. Krom, Manganez, Demir, Kobalt ve Nikel gibi magnetik elementlerin hiçbirinde süperiletkenlik görülmez.

Bilinen süperiletkenlerin birçogu alasim veya bilesiktir. Kendisini olusturan kimyasal elementler süperiletken olmasa bile bir bilesigin süperiletken olmasi mümkündür. Örnek olarak gümüs-florid ve bir karbon-potasyum bilesigi verilebilir. Kalay-Tellrid gibi bazi yari iletken bilesikler uygun bir sekilde yabanci atomlarla yüklenirse süperiletken olabilirler.

Süperiletkenligin iki belirleyici özelligi vardir. Maddenin içindeki elektrik akisi, maddenin yapisini olusturan iyon örgüleriyle çarpismasi sonucu engellenir. Buna maddenin direnci adi verilir. Böyle bir madde süperiletken duruma geldiginde, bu direnç sifira iner. Süperiletken durumda maddenin örgüsü, elektronlari engellemek yerine, onlarin hareketine destek olur. Bunun uygulamadaki anlami süperiletken bir devrede elektrik akiminin ilke olarak kayipsiz akacagidir.

Süperiletkenlerin sifir direnç göstermelerinin yani sira yakinlarinda bulunan herhangi bir manyetik alani dislamalari da ayirdedici bir özellikleridir. Örnegin bir miknatis kritik sicakligin (süperiletkenlige geçis sicakligi) altinda bulunan bir süperiletkeni sanki ters kutuplu bir miknatismis gibi iter. Ancak kritik sicakliginin üstünde ayni süperiletken madde herhangi (miknatis olmayan) bir iletken gibi davranir. Yani miknatisin süperiletken üzerinde bir etkisi gözükmez.

Elektrik iletimiyle ilgili tüm uygulamalar için idealdirler. Bunun yani sira süperiletkenler büyük miktarda akimda tasiyabilirler. Küçük süperiletken bobinli miknatislar çok fazla enerji tüketmeden güçlü manyetik alanlar yaratabilirler. Bu gibi miknatislar, manyetik alan sayesinde havada giden trenlerin yapimini saglayabilirler, hizlandirici tünellerde ve nükleer manyetik rezonans tarayicilarinda parçacik saptiricisi olarak kullanilabilirler. Ayrica elektrik üretiminde kullanilan senkron jeneratörlerde kullanimiyla üretimde verimin artmasina, boyutlarin küçülmesine neden olurlar

Süperiletkenlik sadece kritik sicaklik, kritik akim ve kritik magnetik alanda mevcut olur.

Bir süperiletken düsük sicakliklara sogutuldugunda iki farkli özellik gösterirler; elektrik akimlarina hiçbir dirençleri yoktur, magnetik alanlari hariç tutarlar.

Sifir Rezistans:
Asagidaki grafik bir süperiletken için tipik bir özdirenç seklini gösterir. Yüksek sicakliklarda, sicaklik sogudukça özdirenç yavas yavas düser. Daha sonra aniden, kritik sicaklik ( ) olarak adlandirilan bir sicaklikta, bir anda hemen hemen sifira düser. ’nin altinda süperiletkendir ve akimlar üzerinden rezistanssiz geçer.

Bu nasil mümkündür?
Süperiletkenligin mikroskobik bir teorisi basit bir ifadeyle asagidaki gibidir. Bir metali, sert yaylar ile tutturulmus gibi hareket eden pozitif iyonlar kafesi olarak düsünelim. Kafese dogru hareket eden tek elektronlar bir elektrik akimini olusturur. Normal olarak elektronlar birbirlerini püskürtürler ve kafes tarafindan saçilirlar, yani hareketlerine karsi koyarlar.

Bir elektron kafes içerisindeki pozitif iyonlar yakinindan geçerken etkilenir ve kafese dogru yavas yavas hareket eder. Geçtikten sonra, elektronlar asil pozisyonlarina hizlica geri saçilirlar. Bazi maddeler ile, iyonlar düsük sicakliklara sogutulduklarinda, asil yerlerine hizli bir sekilde geri saçilmazlar ve geçici pozitif yüklü bir lokal bölge olustururlar. Geçip giden ikinci bir elektron bu pozitif bölgeye dogru etkilenir ve ilk elektronu izler. Etkili bir sekilde, iki elektron birlikte hareket eder, ve bir çift olarak iyon kafesi bastan basa geçerler. Bir çift olarak hareket ederken dagilmazlar ve kafesten küçük bir rezistansa karsilasirlar, yani madde sifir rezistansa sahiptir.

Kritik Akim:
Eger bazi magnetik aki çizgileri ( akimin kendi alanindan ve ya dis alandan) içeren bir süperiletkenden akim geçirirseniz, aki çizgileri üzerinde onlari akimdan dogru açilarla uzaga iten Lorentz kuvveti olacaktir. Eger aki çizgileri durdurulmazsa, hareketleri isi üretecek ve enerji kaybolacaktir. Bu durumda süperiletken rezistif olarak davranir. Tüm uygulanabilir süperiletkenler, aki çizgilerini sabitleyen ve hareketlerini durdurmaya yardim eden yapisal eksiklikler içerir. Bu eksiklikler aki çizgilerini, kritik akim olarak adlandirilan kritik bir degere kadar, akimin varliginda sabitlestirir. Çogu kez, kritik akim yogunlugu, ( akiminin süperiletken kesidine bölümüne esittir), ve hesaplanan kritik akim yogunlugu ’yi( akiminin süperiletkenin toplam kesit alanina bölümüne esittir) belirtmek yararlidir.

Üç kritik parametre:
Gerçekten, süperiletkenligin mekanizmasini anlamak gerekli degildir, ancak üç kritik parametre, , ve ’yi hatirlamak önemlidir. Bu parametreler, içerisinde bir süperiletkenin çalisabilecegi çevrenin sinirlarini tanimlar, yani, ’ye kadar sicakliklar, ’ye kadar magnetik alanlar ve ’ye kadar akimlar. Ayrica ’nin, sicakligin fonksiyonu olarak ve ’nin alan ve sicakligin fonksiyonu olarak degistigine dikkat edilmelidir.

Süperiletkenligin Yararlari ve Uygulamalari:

Elektrik sebekelerinde- üretim, iletim ve gücün depolanmasi için, akim hata sinirlamasi ve güç kaynak kalitesini düzeltmek, yani generatör, kablolar, transformatörler, SMES, -SMES ve akim hata sinirlayicilar.

Motorlarda- dc ve ac elektrik motorlari, tahrik sistemleri.