Statik Elektrik Nedir? Nasıl Oluşur? Nasıl Önlenir?

Statik elektrik nedir; Bir madde ya da nesnenin pozitif ya da negatif yüke sahip olmasına verilen isimdir. Doğada bulunabildiği gibi bazı etkileşimler sonucu da oluşabilir. Bunlar birden çok yükün birbirleri ile sürtünme, teması veya etki yoluyla etkileşimleri sonucu oluşur. Metaller üzerinde statik elektrik sıkça görülür, genelde de anlık bir durumdur.

Ancak yalıtkanlar üzerinde oluşan statik elektrikler uzun süre kalıcı olabilirler. Statik elektrik yüklerin birbiriyle etkileşimi sonucu ortaya çıkar. Statik elektriğin bir başka bilinen ismi elektrostatik kuvvettir. Elektrostatik terimi statik (durgun) elektriği ifade eder. Bunun yanında statik elektriği inceleyen bir bilim dalını tanımlar.

Statik Elektrik Nasıl Oluşur?

Bütün maddeler artı (+) ve (-) yükle yüklüdür. Dengede olan artı ve eksi yükler sürtünme ile bozulur ve maddelerin elektriklenmesine sebep olur. Doğada birbirinden farklı veya aynı, iletken veya yalıtkan iki maddenin temas etmesi veya sürtünmesi ile oluşur.

Bu iki cisim arasında (+) ve (-) elektronların serbest bırakılması ve işaretlerinin değişmesi ile statik elektrik oluşur. Statik yükün voltajı çok fazla olmasına karşın, ancak akımı çok zayıftır. Statik elektrik üç ana nedenden dolayı oluşur. İndüksiyon, sürtünme ve ayrışma. Statik elektriği etkileyen başlıca unsurlar madde cinsi, nem, sıcaklık değişimi ve akü etkisi olabilir.

Örneğin;

• Yıldırım düşmesi ve şimşek çakması
• Saçımızı taradığımız tarağın cisimleri çekmesi
• Arabadan inip kapı kolunu tuttuğumuzda çarpılmamız
• Yün kazağımızı çıkartırken oluşan kıvılcımlar

Statik Elektrik Deneyi

Saçınızı plastik tarakla tararken, elinizdeki o tarak saçlarınızdaki negatif yükü, yani elektronları toplar. Tarama işlemi bittiğinde tarak tamamen negatifle yüklenmiş olur. Negatifle yüklü olan tarak, pozitifle yüklü olan her şeyi kendine çeker. Bu, mıknatısların metalleri çekmesine benzetilebilir.

Bazen birisine ya da musluğa dokunduğunuzda statik elektrik oluşur. Yine televizyona yaklaşıldığında duyulan karıncalanma hissi. Yatakta dönerken, elbise giyerken, halının üzerinde yürürken. Sürtünme sonucu bir miktar vücudunuzda statik elektrik yüklenmesi sonucu oluşur.

Sentetik giyim eşyaları, insan vücudunu topraktan izole etmez. Elektrostatik yüklerin oluşmasına da sebep olur. Günümüzde sentetik ve plastik eşyaların kullanımı olumsuz etkiler yapmaktadır.

Statik Elektrik Nasıl Önlenir?

Statik elektriği gidermek için birden fazla alternatif vardır. Eğer madde pozitif yüklü ise bunu nötr bir duruma getirmek için yüzeye elektron gönderilir. Negatif yüklü maddelerde ise maddenin yüzeyinden elektronlar çıkarılır ve nötrleşme sağlanır. Statik elektriğin ortadan kalkması için topraklama en etkili yoldur. Topraklama hattı ile araçlarda biriken statik elektrik toprağa aktarılır.

Böylece patlama riski de ortadan kalkar. Yüksek binalarda veya metal miktarı fazla olan yapılarda da statik elektriği önlenebilir. Bunun için paratoner tesisatı kurulabilir. Paratoner, yıldırımı toprağa aktarıp tehlikeli olmasını önleyen bir sistemdir.

Bir diğer yöntem ise anti statik malzemelerin kullanılmasıdır. Bu malzemeler genellikle karbon içeren plastik malzemelerdir. Anti statik paspas, anti statik eldiven ya da anti statik elbise gibi. Bu gibi önlemlerle çalışma alanlarında statik elektriğin zararları önlenebilir.

 Zararları

Statik elektrik aslında zararsız gibi görünen bir elektrik yükü olarak bilinir. Ancak temelinde büyük zararlara sahiptir. Statik elektrik insan vücudunda bir takım olumsuz durumlara yol açabilir.

Statik elektrik insanlarda deri hastalıklarına sebep olabilir. Nadiren insan hayatını tehlikeye sokacak kadar büyük değerlere ulaşabilir. Örneğin gerginlik, huzursuzluk, asabiyet ya da sinirli olma hali görülebilir. Kullandığımız elektronik cihazlar da statik elektrik yükünden etkilenebilirler. Birçok elektronik cihaz bu statik yük sonucunda bozulabilir.

Zararlarının en tehlikelisi olanı patlayıcı ortamlar üzerindeki etkileridir. Havada bulunan patlayıcı gaz ya da yakıt buharı, statik elektrik patlama riskini oluşturur. Benzin istasyonlarında da zaman zaman patlamalar görülebilir. Bu patlamaların nedenlerinden biri araçlara yakıt dolumu yapıldığı esnada oluşan statik elektriktir.

Üretim alanlarında kâğıt, kumaş vb gibi. Ürünler statik elektrik sonucu birbirlerini iterek dağılabilir. Birbirlerini çekerek yapışabilir bu da otomasyonda problemler yaratabilirler. Kâğıtlar birbirine yapışırsa baskı sorunları yaşanabilir.

 

BENZER YAZILAR

Statik Topraklama

Statik Elektrik Kullanım Alanları

 

 

 

Akım Yoğunluğu Nedir? Formülü, Soruları

Akım yoğunluğu nedir: Akım yoğunluğu elektrik devresinde yoğunluğun bir ölçüsüdür. Vektör olarak tanımlanır ve elektrik akımının kesit alana oranıdır.

Akım suya benzetilirse, iletken teller de su borularına benzetilebilir. Bir su borusunun yapıldığı maddeye göre, borunun taşıyabileceği bir su miktarı vardır. Örnek olarak kalın bir metal borunun taşıdığı suyu ince bir metal boru taşıyamayıp patlayabilir. İletkenlerin yapıldıkları maddeye ve kablo kesitlerine göre kablo akım taşıma kapasitesi azami akım değerleri vardır. 

Elektrik Akım Yoğunluğu

İletkenin 1 mm² lik kesitinden geçen elektrik akımına elektrik akım yoğunluğu denir. Akım yoğunluk birimi amper / milimetrekaredir (A/ mm²). Ya da coulomb /saniye /metrekare cinsinden ifade edilebilir.

Akım yoğunluğu genellikle “J” harfi ile gösterilir. Bir iletkenin kesiti, iletkenin yarıçapının karesi ve pi sayısının çarpımıyla bulunur ve S = p x r² şeklinde ifade edilir.

Akım yoğunluğundan, bir iletkenin taşıyabileceği azami akımı bulmada yararlanılır.

Akım Yoğunluk Formülü

 

Yoğunluk formülü eşitliğindeki sembollerin anlam ve yoğunluk birimleri:

• J : Akım yoğunluğu (A/mm² )
• I : İletkenden geçen akım (A)
• S: İletkenin kesiti (mm² )

Akım Yoğunluğu Soruları

Soru: Kesiti 1.5 mm² olan bir iletkenden 6 A geçiyorsa bu iletkenin akım yoğunluğu nedir?

Cevap: J = I / S = 6 / 1.5 = 4 A / mm

Kesit ve Akım Yoğunluğuna Göre İletkenden Geçen Akım Miktarının Hesaplanması

Bir iletkenin kesiti, o iletkenin 90º lik bir açı ile kesildiği zaman kesilen yüzeyinin alanına denir. Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi.

Soru: Akım yoğunluğu 6.75 A/mm² olan 4 mm² kesitindeki bir iletkenin taşıyabileceği akım miktarını bulunuz.

Cevap: J = I / S eşitliğinden I = J . S eşitliği elde edilir. I = 6.75 . 4 = 27 A bulunur.

Akım yoğunluğu iletken kesiti hesaplamasında kullanılmaktadır. Bir iletkenin kesitini belirlerken sadece akım yoğunluğunu bilmek yeterli değildir. Örneğin iletken direnci sıcaklıkla birlikte artmaktadır ve kesit hesabında bunun da dikkate alınması gerekir.

Bir iletkenin kesitinde dikkate alınacak faktörler;

Elektrik İç Tesisleri yönetmeliği‘ nde belirtilmiştir. Kullanılacak iletkenlerin kesitleri, bu yönetmeliğe göre belirlenir. Ayrıca bazı tablolardan alınan değerlere göre yapılır. Kabloların akım taşıma kapasitesi, iletkenin cinsi, kullanılacağı fiziksel ortam, yalıtkanın cinsi, ortam sıcaklığı, çalışma akımı, vb. gibi farklı faktörlere göre belirlenmiştir.

Tablo 1’de kablo seçim cetveli. Bu tablo ile 25ºC ye kadar ortam sıcaklığında kullanılacak yalıtılmış iletkenlerin (bakır tel) kablo kesitleri ve akım taşıma kapasitesi azami akım değerleri görülmektedir. Tablo 2’de ise alıcı güçlerine göre kullanılması gereken iletken kesitleri görülmektedir.

Soru: Bir duvarın içinde plastik boru içerisindeki bir iletkenin taşıyabileceği azami akım miktarı 16 A’dır. Bu iletkenin kesiti kaç mm² olmalıdır?

Cevap: Tablo 1’e göre, kablomuz boru içinde çekildiği için 1. gruba girmektedir. Tablonun 2. sütunundan 16 değeri bulunur ve aynı satırda, 1. sütundaki değer okunur. Kullanılan kablonun kesiti 1.5 mm²  olmalıdır.

 

 

İyonik bağ nedir: İyonik bağ, zıt yüklü iyonlar arasındaki elektrostatik kuvvetlere dayanan bir kimyasal bağ çeşididir. En dıştaki yörüngeleri dolu olan atomlar oldukça kararlı durumdadırlar, başka atomlarla bileşik oluşturma eğilimi göstermezler.

Sadece soygazların yörüngeleri tamamen doludur, diğer grupların dış kabuklarında eksik ya da fazla elektron bulunmaktadır. Oysa atom, tüm yörüngelerinin dolu olması yönelimindedir ve eğer dolu değilse bunu sağlamaya yönelecektir. Bu konumda atomun başına iki farklı olay gelebilir, dış kabuktaki elektronlardan kurtularak zaten dolu olan bir alttaki kabuğu son kabuk haline getirmek ya da dış kabuğu dışarıdan elektron alarak tamamlamak.

Elektron verme eğiliminde olan bir atomla elektron alma eğilimindeki bir atom reaksiyon alanına girdiklerinde, aralarında bir elektron alışverişi olur. Bunun sonucunda elektron alan atom negatif (-) iyon (anyon), elektron veren atom ise pozitif (+) iyon (katyon) haline gelecektir. Atomlardan elektron kaybı ile oluşan pozitif iyonlara katyon, atomların elektron kazanarak oluşturdukları negatif iyonlara da anyon denir. Bu şekilde aralarında elektrostatik çekme kuvveti oluşan atomlar iyonik bağlı bir bileşik oluştururlar. Metaller ile ametaller arasında gerçekleşir ve metallerin elektron vermesi, ametallerin ise elektron almasıyla oluşur. Bu iyonlar bir araya getirildiklerinde bir kristal oluşturmak üzere birbirlerini çekerler.

İyonik Bağ Örnekleri

İyonik bağda “+” ve “– “yüklü iyonlar da tıpkı mıknatısın kutupları gibi birbirlerini çekerler.

İyonik Bağlar ve Özellikleri

• Katı halde genel olarak elektriği iletmezler ama sulu çözeltilerinde ve erimiş halde iyonlarına ayrıştıkları için elektrik akımını iletirler.
• İyonik bağlar sert ve kırılgandırlar, tel ve levha haline getirilemezler, herhangi bir zorlamada kırılırlar.
• İyonik bileşiklerin formülünü yazarken katyon başa gelir.
• Elektroliz edilebilirler
• İyonik bileşikler oda sıcaklığında genellikle katı halde ve kristal yapıda bulunur.

İyonik bağlanma yalnızca, bağlanmış atomlar serbest olanlardan daha düşük enerjiye sahip olduklarında ve reaksiyonun toplam enerji değişimi, reaksiyonun gerçekleşmesi yönünde ise oluşur. Toplam enerji değişimi ne kadar büyükse, bağ o kadar güçlüdür. Tüm iyonik bağlar bir tür kovalent bağ veya metalik bağ özelliği taşırlar. İki atom arasındaki elektronegatiflik farkı ne kadar büyükse bağ da o kadar iyoniktir.

İyonik bağlı bileşiklere örnekler;

NaCl, MgS, BaCl2, NaOH, NH4NO2, FeO, KCl, FeS, MgF2, K2S, LiF, NaF, KF ……

İyonik Bağ Nasıl Oluşur?

İyonik bağ oluşumunda, metal, düşük elektronegatifliği sebebiyle bir elektron vererek pozitif bir iyon (katyon) oluşturur. Normal sofra tuzunda, sodyum ile klor iyonları birbirlerine iyonik bağ ile bağlıdır. İyonik bağ genel olarak metallerle ametaller arasında gerçekleşir. Ametal atomlarının elektronegatifliği yüksektir ve kolayca elektron alıp negatif iyon (anyon) oluşturabilirler. Bundan dolayı, iki veya daha fazla iyon, elektrostatik kuvvetlerin etkisiyle birbirlerini çekerler. Bu tür bağlar, hidrojen bağından daha kuvvetli fakat kovalent bağ ile hemen hemen aynı kuvvettedir.

A gruplarındaki elementlerin bileşikleri çoğu defa elementlerin simgeleri ile birlikte değerlik elektronlarını gösteren noktalar kullanılarak tanımlanır. Değerlik elektronları baş grup (A grubu) elementlerinin kimyasal tepkimelerinde kullanılan elektronlardır.

Örnek verirsek; bir sodyum atomu ile bir klor atomu (NaCl) arasındaki tepkimeyi ele aldığımızda;

Sodyum 1A grubundadır sadece bir değerlik elektronuna sahiptir. Klor atomu ise 7A grubundadır 7 değerlik elektronuna sahiptir. Bu iki atom arasındaki tepkimede sodyum atomu 1 elektron kaybeder, sodyum atomunun kaybetmiş olduğu elektronu klor atomu kazanır.

Sodyum çekirdeği 11 proton (11+ yük) ve sodyum iyonu da sadece 10 elektron (bir elektron kaybetmiş oluyor) içerdiğinden sodyum atomunun bir elektron kaybetmesiyle 1+ yüklü sodyum iyonu oluşur. Diğer taraftan, klor çekirdeği 17 proton (17+ yük) ve klor iyonun da 18 elektron (bir elektron kazanılmış oluyor) içerdiğinden klor atomunun bir elektron kazanmasıyla da 1- yüklü bir klorür iyonu oluşur.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sodyumun (Na) Na+ İyonuna Dönüşmesi

11 elektronlu sodyum atomu 1 elektron vererek kararlı hale gelir.

Sodyum ve klor atomları, arasında iyonik bağ yaparak NaCl bileşiğini oluşturur.
Na + Cl Na⁺¹ + Cl^–1 NaCl

Görüldüğü üzere, bu tepkime sonucu, sodyum tarafından kaybedilen elektronların toplam sayısı klor tarafından kazanılan elektronların toplam sayısına eşit olmalıdır. Böylece oluşan sodyum iyonlarının sayısı ile oluşan klorür iyonlarının sayısı aynı olduğu için NaCl formülü bileşikte bulunan iyonların en basit oranını (1:1) verir. Bu iyonlar bir kristal oluşturmak üzere birbirini çekerler.

Sodyum klorür kristalin de bir iyonun tümüyle diğer bir iyona ait olduğu söylenemez. Aksine, kristal yapıda her bir sodyum iyonu altı klorür iyonu ile her bir klorür iyonu da altı sodyum iyonu ile çevrilmiştir. Kristal içerisinde iyonların bu şekilde düzenlenmesi ile benzer yüklü iyonların birbirlerini itmeleri, zıt yüklü iyonların birbirlerini çekmeleri tarafından bastırıldığı için net çekim kristali bir arada tutar.

İyonik Bağlı Bileşiklerde Kristal Yapı

İyonik bağlı bileşiklerde iyonlar birbirini en kuvvetli şekilde çekecek bir düzen içinde dizilirler. Böyle düzenli birleşen atomlardan kristal yapı denilen düzgün geometrik şekiller oluşur. Yemek tuzunun kristal yapısı buna örnektir. Yemek tuzundaki (NaCl) kristal yapı, şekildeki gibidir.

İyonik Bağların Sağlamlığı

İyonik bağın sağlamlığı:

1. İyonların yüklerinin çarpımının mutlak değerine,
2. İyon yarı çapına bağlıdır

Çünkü Coulomb kanununa göre çekim kuvveti yüklerin büyüklüğüyle doğru orantılı, yükler arası uzaklığın karesiyle ters orantılıdır. İyonik bağın sağlamlığı bileşiğin erime noktasına bakılarak anlaşılabilir. Erime noktası yüksek olan bileşiklerin iyonik bağı da kuvvetlidir.

İyonik bağlı bileşiklerin sağlamlığı iyonların yarıçapı arttıkça iyonlar arasındaki elektrostatik çekim gücü azaldığı için iyonik bağın gücü azalır. Ayrıca iyon yükü arttıkça iyonik bağın kuvveti de artar. İyonik bağ kuvveti artar .

Örnek olarak; Ca²⁺ ve Ba²⁺ iyonları O^2- ile iyonik bağ yapınca yükler eşit olmasına rağmen Ca²⁺ nun iyon yarıçapı daha küçük olduğu için CaO daha sağlamdır ve erime noktası daha yüksektir.

Kutuplaşma (polarizasyon) Etkisi

İyonik bileşiklerin kristal yapısı içindeki iyonlar küreseldir ama, eğer artı iyon küçük ve/veya yüksek oranda yüklü ise, eksi iyonun elektron bulutunu bozar. Eksi iyonun bu şekilde kutuplaşması, iki atomun çekirdekleri arasında ek yük birikimine yol açar ki bu da kısmi kovalent bağ demektir.

Boyutça büyük eksi iyonlar daha kolaylıkla polarize olurlar. Ama bu durum, sadece 3+ değerlikli artı iyon (örnek, Al³⁺) söz konusu olduğunda önemlidir (örnek, saf AlCl₃ kovalent bir moleküldür). Diğer yandan, 2+ yüklü iyonlar (Be²⁺) hatta 1+ yüklü iyonlar (Li⁺) dahi, boyutları çok küçük olduğu için bir miktar kutuplaştırma (polarize etme) gücüne sahiptirler (örnek, LiI iyoniktir ama bazı kovalent özellikler gösterir). “Kutuplaştırma gücü”, iyonun yükü ile boyutu arasındaki orana bağlı olup yük yoğunluğu  olarak adlandırılır.

Sodyum ve klor atomlarının sodyum klorid oluşturmak üzere iyonik bağla bağlanışı. Sodyum en dıştaki atomunu kaybeder ve asal gaz elektron konfigürasyonuna sahip olur. Bu elektron egzotermik olarak klor atomuna girer. Ardından, zıt yüklü iyonlar birbirini çeker ve iyonik bağ oluşur.

Klor atomunun, sodyum atomunun son katmanındaki bir elektronu alarak negatif yükle yüklenir. Böylece klor anyonu oluşur. Sodyum atomu ise bir elektonu eksildiği için pozitif yükle yüklenerek sodyum katyonunu oluşturur. Oluşan anyon ve katyon zıt yüklere sahip oldukları için birbirini çeker. Anyon ve katyon arasındaki bu çekim kuvvetli bir kimyasal bağdır ve bu kimyasal bağa iyonik bağ denir.

Kovalent Bileşiklerle Karşılaştırılması

İyonik bir bağ durumunda atomlar, zıt yüklü iyonların çekimi ile birbirine bağlı iken, kovalent bağ durumunda atomlar, elektron paylaşımı yoluyla bağlanırlar. Kovalent bağ durumunda, her atomun etrafındaki moleküler geometri, VSEPR kuralları ile belirlenirken, iyonik malzemelerde geometri, maksimum sıkı paket kurallarını takip eder. Bundan dolayı bir bileşiğin iyonik veya kovalent olarak sınıflandırılması vardır.

 

Metalik Bağ Nedir? Nasıl Oluşur?

Metalik bağ nedir: Metaller arasındaki, bir ya da daha çok atomu bir arada tutan bir kimyasal bağ türüdür. Pozitif atom çekirdeklerinden ve çevresindeki serbest elektrondan oluşur. Metal atomlarını katı ve sıvı halde bir arada tutan  kuvvetlerdir. Metal atomları arasında metal bağı etkileşimini oluştururlar. Kimyasal bir etkileşimdir.

Metalik bağlar saf metallerde ve alaşımlarda ve bazı metaloidlerde görülür. Örneğin, grafen (bir karbon allotropu) iki boyutlu metalik bağ sergiler. Metaller, hatta saf olanlar bile, atomları arasında başka tür kimyasal bağlar oluşturabilir. Örneğin, cıva iyonu (Hg ₂ ²⁺) metal-metal kovalent bağları oluşturabilir.

Metalik Bağ Nasıl Oluşur?

Metallerde değerlik (valans) elektronlar, atom çekirdekleri tarafından kuvvetli tutulmazlar. Bunun nedeni metallerin iyonlaşma enerjileriyle elektronegatiflikleri oldukça düşüktür. Bunun sonucu olarak metal  atomlarının en dış elektronları nispeten gevşek tutulur. Metalik bir kristalde, en dış elektronları çıkarılmış atomlardan ibaret olan pozitif iyonlar kristal örgüde ilgili yerlerde bulunur. En dış elektronların örgünün her tarafında serbestçe hareket etmesiyle de kristaldeki atomlar bir arada tutulur.

Diğer bir deyişle örgü içerisinde dağılan ve kristalin bütününe ait olan elektron bulutu ile pozitif iyonlar arasındaki elektrostatik çekim metalik bağı oluşturmaktır. Bu da metallerde yüksek ısı ve elektrik iletkenliğine neden olur. İyonlaşma enerjisi azaldıkça metalik bağlar zayıflar. Aynı zamanda değerlik elektronları sayısı artıkça metalik bağ kuvveti artmaktadır.

Metalik Bağlar Nasıl Çalışır?

Metal atomlarının ( s ve p orbitalleri) dış enerji seviyeleri örtüşür. Metalik bir bağa katılan değerlik elektronlarından en az biri komşu bir atomla paylaşılmaz. Yada bir iyon oluşturmak için kaybolmaz. Bunun yerine elektronlar, değerlik elektronlarının bir atomdan diğerine hareket etmekte serbest olduğu bir “elektron denizi” olarak adlandırılabilecek şeyi oluşturur.

Elektron denizi modeli, metalik bağın aşırı basitleştirilmiş halidir. Elektronik bant yapısına veya yoğunluk fonksiyonlarına dayalı hesaplamalar daha doğrudur. Metalik bağ, bir malzemenin, delokalize elektronlara (elektron eksikliği) sahiptir. Böyle olduğundan çok daha fazla delokalize enerji durumuna sahip olmasının bir sonucu olarak görülebilir. Bu nedenle lokalize eşlenmemiş elektronlar delokalize ve hareketli hale gelebilir. Elektronlar enerji durumlarını değiştirebilir. Ve bir kafes boyunca herhangi bir yönde hareket edebilir.

Bağlanma aynı zamanda delokalize elektronların lokalize çekirdekler etrafında aktığı metalik küme oluşumu şeklini de alabilir. Bağ oluşumu büyük ölçüde koşullara bağlıdır. Örneğin hidrojen, yüksek basınç altında bir metaldir. Basınç azaldıkça, bağlanma metalikten polar olmayan kovalente değişir.

Metalik Bağları Metalik Özelliklerle İlişkilendirme

Elektronlar pozitif yüklü çekirdeklerin etrafında delokalizedir. Böyle olduğundan, metalik bağ metallerin birçok özelliğini açıklar.

Elektriksel iletkenlik : Çoğu metal, elektron denizindeki elektronlar hareket etmekte ve yük taşımakta serbesttir. Böyle oldukları için mükemmel elektrik iletkenleridir. İletken ametaller (grafit gibi), erimiş iyonik bileşikler ve sulu iyonik bileşikler aynı nedenden dolayı elektriği iletir . – elektronlar serbestçe hareket edebilir.

Termal iletkenlik : Metaller ısıyı iletir. Çünkü serbest elektronlar enerjiyi ısı kaynağından uzağa aktarabilir. Ayrıca atomların titreşimleri (fotonlar) katı bir metalde dalga olarak hareket eder.

Süneklik : Metaller sünek olma eğilimindedir. Yada atomlar arasındaki yerel bağlar kolayca kırılabilir. Ve yeniden oluşturulabildiğinden ince teller halinde çekilebilir. Tek atomlar veya bunların tüm tabakaları birbirinin üzerinden kayabilir. Ve bağları yeniden oluşturabilir.

Dövülebilirlik : Metaller genellikle dövülebilirdir. Ya da bir şekle dönüştürülebilir veya dövülebilir, çünkü yine atomlar arasındaki bağlar kolayca kırılır ve yeniden şekillenir. Metaller arasındaki bağlama kuvveti yönsüzdür. Bu nedenle bir metalin çizilmesi veya şekillendirilmesinin onu kırma olasılığı daha düşüktür. Bir kristaldeki elektronlar başkaları tarafından değiştirilebilir. Ayrıca, elektronlar birbirlerinden uzaklaşmak için serbesttir. Böyle olduklarından, bir metali çalıştırmak, benzer yüklü iyonları bir araya getirmeye zorlamaz. Bu da güçlü itme yoluyla bir kristali kırabilir.

Bant Teorisi

Bant kuramı; metalik bağlanma şeklini, tüm kristalin her tarafını kapsayan moleküler orbitaller cinsinden açıklayan kuram.

Metalik katıların çoğu hareketlidir. Bundan dolayı artı iyonlar, genişlemiş bir üç boyutlu diziliş içinde yer alırlar. Ama elektronlar yöresizleşir. Bu maddelerin yüksek (ısı), iletkenliği, dayanıklılık, yüksek kaynama noktası, yüksek yoğunluk, renk ve elektrik iletkenliği gibi özelliklerinin birçoğu, hareketli elektronlardan kaynaklanır.

Yalnızca birkaç iyon yığışması şeması uygulanabilir. X ışını çözümlemesi, metal iyonlarının genişlemiş örgülü yapı içinde kazandığı bağ uzunlukları ve geometrik şekiller konusunda ayrıntılı bilgi sağlar. Basit küp biçimi şekiller, ortada başka bir iyonun bulunduğu küp biçimi şekiller ve altıgen yığışma, en sık rastlanan şekillerdir. Metal alaşımları, erimiş haldeki metallerin karıştırıldıktan sonra dikkatlice soğutulması ile elde edilir. Böyle oluşan gereçlerin özellikleri bileşenlerinin özelliklerinden genel olarak çok farklıdır.

 

 

 

Kovalent Bağ Nedir?

Kovalent bağ: İki atom arasında, bir veya daha fazla elektronun  paylaşılması ile karakterize edilen kimyasal bağın bir tanımıdır. Genel olarak bağ, ortaya çıkan molekülü bir arada tutan ortak çekim gücü olarak tanımlanır.

Paylaşılan elektron veya elektronlar, her iki çekirdek etrafında dolanacaklardır. İki çekirdek arasındaki bölgede daha uzun süre bulundukları için bu bölgede (-) yüklü bir alan meydana getireceklerdir. Bu alan, her iki çekirdeğe bir çekme kuvveti uygulayarak bir bağ oluşturur.

Elektronları bağlamak için, iyon bağında olduğu kadar şiddetli değilse atomların var olan dış elektronlar paylaşılır. Bu durumda bir ortaklaşma bağ veya kovalent bağ oluşur.

Ametal atomları etkileştiği zaman kovalent bağlarda bir arada tutulan moleküller oluşur. Bu atomlar elektron çekimi bakımından birbirlerine benzerler. Kovalent bağların oluşması sırasında herhangi bir elektron aktarımı olmaz. Bunun yerine elektronlar ortaklaşa kullanılırlar.

Kovalent bağ, söz konusu atomların dış yörüngelerinin dolması ile oluşur. Bu tür bağlar, moleküller arası hidrojen bağından daima daha güçlü, iyonik bağ ile ise aynı güçte veya daha güçlüdür.

Bazı inorganik maddelerin hidrojen (H), amonyak (NH₃), klor (Cl), su (H₂O) ve azot (N). Tüm  bu molekülleri ile organik maddelerin molekülleri kovalent bağ ile bir arada tutulmaktadır.

Kovalent bağ (iyonik bağ ve metalik bağın tersine) yönlüdür. Bağ açılarının etkileşimin gücü üzerinde etkisi büyüktür. Bu etkinin kaynağı, kovalent bağların, atomik yörüngelerin üst üste binmesiyle olmasından ileri gelir. Atomik yörüngeler (p, d, ve f orbitalleri) hepsi yönlü karakterde olup, bağlanma sırasında önemli ölçüde yöne bağlı etkileşime sebep olurlar.

Örneğin,

iki hidrojen atomundan meydana gelen bir bağ düşünülebilir. Bir hidrojen atomu 1s orbitalinde atom çekirdeği etrafında simetrik bir dağılım gösteren tek bir elektronu vardır. İki hidrojen atomu bir kovalent bağ oluşturduğunda atomik orbitaller üst üste binerler. Böylece çekirdekler arasındaki bölgede elektron bulutları birbirlerini destekler. Bu bölgedeki elektronun bulunma ihtimalini arttırırlar. Pauli dışlama ilkesine göre bağı meydana getiren iki elektron mutlaka ters spinli olmalıdır. Bir kovalent bağın kuvveti, (+) yüklü çekirdek ile bağa ilişkin negatif elektron bulutu arasındaki çekimden gelir.

Kovalent bağ, genellikle benzer elektronegatifliğe sahip atomlar arasında gerçekleşir. Bu sebeple ametaller, daha kolaylıkla kovalent bağı tercih eder. Metaller de kolayca yerlerinden oynatılabilen elektronların daha serbestçe dolaşabildiği metalik bağ yaparlar. Ametallerde bir elektronun serbest kalması daha zordur. Bundan dolayı benzer elektronegatifliğe sahip bir madde ile birleşme söz konusu olduğunda o elektronun paylaşılması tek seçenek haline gelir.

Kovalent bir bağ genellikle iki atom tarafından parçalanmış ters spinli bir elektron çifti içerir.

Kovalent Bağlı Bileşikler

• Apolar Kovalent Bağ
• Polar Kovalent Bağ

olmak üzere ikiye ayrılır.

Apolar Kovalent Bağ 

Aynı cins iki ametal atomunun birleşmesiyle meydana gelir. Örneğin; iki hidrojen atomu arasında oluşan hidrojen molekülünü inceleyelim:

Her bir hidrojen atomu 1 elektrona sahiptir. Bu birer elektronun ortaklaşa kullanılmasıyla hidrojen atomları arasında bir bağ meydana gelir. Oluşan molekül H₂ molekülüdür. Bu bağlarda ortaklaşa kullanılan elektronlar eşit paylaşıldığı için molekülün pozitif veya negatif  kutbu yoktur.

Hidrojen molekülü;

H..H veya H±H şeklinde gösterilir.

Birincisi elektron nokta yapısı (Lewis yapısı), ikincisi ise açık formüldür. ‡ O₂, F₂, Cl₂, Br ₂, I₂ve N₂ moleküllerinde de apolar kovalent bağ vardır.

Polar Kovalent Bağ

İki farklı cins atomun bir araya gelmesiyle oluşur. Polar kovalent bağlarda ametallerden biri ortaklaşa kullanılır. Bunun için molekülün bir ucu pozitif (+), diğer ucu negatif (-) yüklenir.

Polar kovalent bağ örnekleri; 

Hidrojen ve oksijen molekülleri suyu oluşturur. Bu moleküllerin son orbitallerindeki elektronlar ortak kullanılır. Böylece polar kovalent bağ oluşur.

Örneğin; HF molekülünün oluşumunu inceleyelim:

Florun son enerji düzeyinde 7 elektronu, hidrojenin ise 1 elektronu vardır. Hidrojen ve flor arasında bir kovalent bağ oluşur. Florun elektron severliği hidrojenden fazla olduğundan ortaklaşa kullanılan elektronları kendisine daha fazla çekeceğinden kismi negatif yükle, hidrojende kismi pozitif yükle yüklenir.

Başda kutuplanma meydana gelir. ‡ Oluşan HF bileşiğidir. ‡ H..F elektron nokta yapısıdır. ‡ Açık formül H±F şeklinde gösterilir. ‡ Molekül doğrusaldır. ‡ Farklı cinste ametal atomları arasında oluşan kovalent bağlı bileşiklerdir. ‡ HF, HCI, CO, NO molekülleri polar kovalent bileşiklerdir.

Kovalent Bağ Örnekleri

• LiH: Lidyum hidrür bileşiği
• BeH₂: Berilyum hidrür bileşiği
• BH₃: Bor trihidrür bileşiği
• CH₄: Metan bileşiği
• NH₃: Amonyak bileşiği
• H₂O: Su bileşiği
• HF: Hidrojen florür bileşiği

Molekül Nedir? Yapısı Çeşitleri Nelerdir?

Molekül nedir: En küçük temel yapı taşıdır. Birbirine bağlı gruplar halindeki atomların bir araya gelmesiyle oluşur. Molekülleri oluşturan çeşitler ise bazı kimyasal bağlardan etkilenerek oluşmuştur. Oluşturduğu elementin ya da bileşiğin özelliklerini taşımaktadır. Molekül için birden fazla tanım vardır. Bu tanımlar;

• Bir atomda var olan veya birkaç atomun birleşmesiyle oluşan birkaç çekirdekli yapı veya elektronlu yapıdır.
• Bir bileşiği oluşturan atomların eşit bir şekilde bulunduğu en küçük birime denir.
• Elementleri veya bileşikleri oluşturan, oluşturduğu bileşiğe özgü nitelikleri de kendi bünyesinde barındıran en küçük birimdir. Moleküller yapılarında birden fazla atom barındırırlar. Bir molekül aynı iki atomun bağlanması ile veya farklı sayılarda farklı atomların bağlanması sonucu da oluşabilirler.

Molekül Yapısı

Molekül oluşturduğu atomun yapısına sahiptir. Atomun özelliklerini alır. Bu yapı kimyasal bir yapıyı kapsar. Kimyasal yapılar da su gibi madde gibi varlıkları meydana getirir. Her molekülün yapısı oluşturduğu maddeye ve birleştiği atoma göre farklılık gösterebilir. Birbirine bağı kimyasal bileşikler ile oluşmuştur.

Molekül yapısı aynı cins olan atomun veya farklı cins olan atomun bir araya gelmesiyle oluşmuştur. Molekül yapısında en az iki adet element bulunur.  İkiden fazla element de molekül yapısını oluşturabilir. Ama ikiden az element bir molekül yapısını oluşturamaz. Yapıyı oluşturan iki veya daha fazla olan element ve bileşikler ise birbirine bağlı şekilde dururlar.

Molekül yapılarına örnekler;

Bir hidrojen peroksit molekülü iki hidrojen ve iki oksijen atomundan meydana gelir. Kan proteini olan gamma globulin molekülü ise, oksijen, karbon, azot, hidrojenden oluşur. 4 farklı türde 1996 adet atom içerebilir.

Molekül Özellikleri 

Bir molekülün, fiziksel ve kimyasal anlamda karakteristik özellikleri korunur. Serbest halde bir molekül tek başına bulunabilir. Elektriksel olarak nötr bir atom grubunu ifade eder.

Özellikleri yapısı, kütlesi, sayısı ve çeşitleridir. Yapı olarak elektronik ve kimyasal yapıdadır. Özellikleri arasında atomların eşit oranda bulunması da yer alır. Birden fazla çekirdekli yapıya sahiptir.

Az sayıda atomlardan oluşan moleküller basit yapılıdır. Çok sayıda atomlardan oluşan moleküller ise karmaşık yapılı olarak kabul edilir. Moleküllerin en önemli özelliği oluşturdukları maddenin ısısı arttıkça dönme, titreşim gibi hareketler yapmasıdır.

Sıcaklık düştüğünde de yalnız titreşim hareketini yaparlar. Dönmenin olmadığı hareket yapısı olduğu için de madde katı halde bulunur. Moleküller katı ve sıvılarda birleşik halde bulunurken gaz molekülünde ise serbest ve hareket halinde bulunurlar.

Molekül Sayısı

1 mol maddenin içerdiği tanecik sayısına (atom ya da molekül) Avagadro Sayısı denir ve NA ile gösterilir. Bu sayı molekülün sahip olduğu değerdir. Bu değeri ise mol değeri oluşturur. Yapılan deney sonucu bir molün yaklaşık olarak 6.022 sayıya eşit olduğu bilinmektedir.

Bu sayı bir elementin bir molündeki atom sayısını ifade eder. Bir bileşiğin bir molünde bulunan molekül sayısıdır.

Molekül Kütlesi

Molekül kütlesi molekül ağırlığını ifade eder. Bu ağırlık da, bir kimyasal bileşiğin bir molekülünün birleşik atom kütle birimi türünden ağırlığıdır. Moleküler kütle hesaplaması ise bir molekülde bulunan atomların atom ağırlıklarının toplamı sonucu hesaplanabilir.

Moleküler kütle bağıl bir değerdir. Bu yüzden de bu değer Mr. olarak kısaltılır. Örneğin bir hidrojenin atom kütlesi bağlı olduğu molekül ağırlığını verir. Moleküller kimyasal reaksiyon sonucu oluşmuştur. Bundan dolayı da kütlesinin ağırlığı atomlarının toplamının ağırlığına tam olarak eşit olur.

Molekül Çeşitleri

Molekül çeşitlerinin bazı kimyasal bağlardan etkilendiği belirtilmektedir. Ancak bu kimyasal bağlar nelerdir? Çeşitlerini etkileyen kimyasal bağlar kimyasal nitelikli moleküler bağlardır. Molekülleri meydana getiren kimyasal bağlara moleküler bağlar denir. Bunlar kovalent bağ, iyonik bağ ve metalik bağlardır.

Moleküller her şeyde olabilir. Örneğin bir su molekülü iki hidrojen ve bir oksijen 3 atomdan meydana gelir. su molekülü çeşidi, bir oksijen ve iki hidrojen atomlarının bir araya gelmesiyle oluşmuş bir bileşiktir. Molekül çeşidi arasında yerini alır. Molekül çeşitleri atomların çeşitliliğini gösterir. Çünkü bir molekül aynı özellikteki atomlardan oluşmak zorunda değildir. Farklı ve çeşitlilikteki atomlardan oluşabilir. Atomlar da molekülün çeşidini belirler.

Moleküller Bağ

Bir molekülün atomları arasında meydana gelen bağlardır. Moleküller arası bağlardan daha kuvvetlidirler. Örneğin bir su molekülünün atomlarını bir arada tutan bağ moleküler bağlardır. Su molekülü (H ve O atomları arasındaki bağ moleküler bağa örnektir.)

Diğer taraftan su moleküllerini buz halinde iken bir arada tutan bağlar ise moleküller arası bağlara örnektir. Moleküler bağlar; iyonik bağ, kovalent bağ ve metalik bağlardır.

İyonik Bağ

Bir veya birden fazla elektronun bir atomdan ayrılıp başka bir atoma bağlanması sonrası pozitif ve negatif iyonların oluşur. Bunun sonucunda oluşan iyonik  bağdır. Metal ve ametal atomları arasında elektron alışverişi ile oluşan kimyasal bağ iyonik bağdır.

Bileşik meydana gelirken metal elektron verir, ametalde elektron alır.

Sodyum ve Klor atomlarından meydana gelen NaCl’ ü oluşan bağ iyonik bağa bir örnektir.

Kovalent Bağ

Kovalent bağ özellikleri: İki atomun elektron paylaşımı sonucu meydana gelen bağ moleküler bağdır. Bağı meydana getiren her bir atom elektron çiftine bir elektron sağlar. Bu bağ eğer iki aynı atomdan meydana gelmiş ise, meydana getirilen bağa apolar kovalent bağ denir.

Elektron çifti her iki atoma da eşit uzaklıktadır. Diğer taraftan bağ eğer iki farklı atom tarafından oluşturulmuş ise oluşturulan bağ polar kovalent bağ olarak adlandırılır. Bu durumda   elektronegatifliği daha yüksek olan atomun elektron yoğunluğu negatifliği az olan atoma göre artar.

Metalik Bağ

Metal atomlarını bir arada tutan bağdır. Metal atomların çekirdeği ile valans elektronları arasındaki etkileşimin kuvveti oldukça zayıftır. Bundan dolayı atomun bu valans elektronlar serbestçe hareket edebilmektedirler. Band teorisine göre metal atomlarını etrafı valans elektronlarının meydana getirdiği serbest elektron deniziyle çevrilidir. Bu serbest elektronların paylaşımı sonucu metalik bağ meydana gelir.

 

 

Elektromanyetik Kuvvet Nedir?

Elektromanyetik kuvvet nedir: Fizik dünyasında yenilik getiren bir kuvvettir. Her cisim kendi yapısal özelliğine bağlı olarak bir elektrik yükü taşır. Bu elektrik yükleri arasında meydana gelen etkiye elektromanyetik kuvvet denir.

Diğer bir ifade ile elektrik yüklü bir parçacığın manyetik alandan geçerken, elektrik yüklü parçacıklar arasında meydana gelen kuvvete elektromanyetizma veya elektromanyetik kuvvet denir. Bir manyetik alan, bir sarmalın  sarımlarında dolaşan elektron örneğinde olduğu gibi. Elektrik yüklü parçacıklar hareket ettiğinde ortaya çıkar. Manyetik alan ile iletken arasında bir kuvvet meydana gelir. Bu kuvvet elektromanyetik kuvvettir.

Elektromanyetizma sonsuz bir kuvvettir ancak kütle çekimden çok daha kuvvetlidir. Bundan dolayı, cisimlerin delinmezliğinden, atom ve metallerin yapısına kadar açıklık getirir. Ayrıca lazer ve radyolara, sürtünme ve gökkuşağına kadar güncel hayattaki pek çok olayı açıklar.

Elektromanyetik kuvvet, elektrik kuvveti ve manyetik kuvvet birbirleri ile ilişkilidir. James Clerk Maxwell, 1873 ‘te elektrik ve manyetik kuvvet alanlarının uyduğu eksiksiz denklemleri bulmayı başardı ve günümüzde elektromanyetizma adı verilen kuralı elde etmiş oldu.

Elektromanyetik Kuvvet Özellikleri

Kuvvetin temel parçacıklara etki ederken gösterdiği özellikler şu şekilde sıralanabilir.

Atomun çekirdeği ile elektronlar arasındaki kuvvet, saç tararken tarağın saç tellerine uyguladığı kuvvet, mıknatısların uyguladığı kuvvet birer elektromanyetik kuvvettir.

• Kuvvet, elektrik yükü üzerine evrensel bir şekilde etki eder. (birbirinden ayrı özellikler taşıyan şeylerin paylaştığı ortak özellik).
• Kuvvet, çok büyük bir menzile sahiptir (manyetik alanın yıldızlararası etkisi vardır).

Elektromanyetik Kuvvet Nasıl Bulunur?

Kuvvet oldukça zayıftır. Kuvvetin şiddeti, elektron yükünün karesinin 2hc (2 x Planck sabiti x ışık hızı)’na bölümüne eşittir. Bu oran yaklaşık 1/137,036 dır.

• Bu kuvvetin taşıyıcısı, durgun kütlesi sıfır, spini 1 olan ve foton denilen bir parçacıktır. Fotonun kendisinin elektrik yükü yoktur. Bu kuvvet zıt elektrik yüklü parçacıkların birbirini çekmesini, aynı yüklü parçacıkların da birbirlerini itmelerini sağlar. Bu sayede atom çekirdeğindeki protonlar ile yörüngelerde dolaşan elektronlar birbirlerini çekerler.

Elektromanyetik kuvvet Coulomb kanunu ile verilen bir bağıntı yardımı ile hesaplanır. Birbirinden d uzaklığı kadar ayrı olan q₁ ve q₂ yüklü cisimler arasında oluşan kuvvetin büyüklüğü aşağıdaki formül ile hesaplanabilir.

Elektromanyetik kuvvet formülü;

Burada,

• F : Coulomb kuvveti
• d : Yüklü cisimlerin kütle merkezleri arasındaki uzaklık
• k : Ortamın cinsine ve kullanılan birim sistemine bağlı olarak değişen Coulomb sabiti.

Tarihçe

Tarihte elektrik ve manyetizmanın etkileri Yunanlar ve Çinliler tarafından incelenmiştir. Yunanlar bir parça kehribarın sürtüldüğünde bazı nesneleri çektiğini gözlemlemiştir. (Elektron kelimesi kehribarın yunanca karşılığından türemiştir). Oersted,  Coulomb,  Ampere,  Biot,  Savart  ve Gauss’un teorik ve deneysel çalışmaları olmuştur. Bu çalışmalar sonucu elektrik ve manyetizma ile ilgili gelişmeler sağlanmıştır.

Deneysel açıdan elektrik ve manyetizmaya en büyük katkının Michael Faraday tarafından yapıldığı söylenebilir. Bütün bu bilim adamlarınca biriktirilen bilgiler James Clerk Maxwell tarafından dört denklem altında toplanmıştır. Bu denklemler Maxwell denklemleri olarak bilinir. Kuantum fiziği öncesi bilinen bütün elektrik ve manyetik görüngüleri açıklamaktadır.

 

Elektromanyetik Dalga Nedir? Özellikleri Nelerdir?

Elektromanyetik dalga nedir: Yüklü bir parçacığın ivmeli hareketi sonucu oluşur. Birbirine dik elektrik ve manyetik alan bileşeni bulunan ve bu iki alanın oluşturduğu düzleme dik doğrultuda yayılır. Yayılmaları için ortam gerekmeyen, boşlukta c (ışık hızı) ile yayılan enine dalgalardır. 

Elektromanyetik radyasyon, elektromanyetik ışınım, elektromanyetik dalga ya da elektromıknatıssal ışın.( EM radyasyon veya EMR olarak kısaltılır). Bir vakum veya maddede kendi kendine yayılan dalgalar formunu alan bir olgudur.

Elektromanyetik dalgalar birçok makine ve cihazda karşılaştığımız dalgalardır. Gözle görülemeyen bu dalgalar uzunluğu veya kısalığına göre sağlığa zararlı olabilmektedir.

Elektromanyetik dalga kavramı ilk olarak James Clerk Maxwell tarafından ortaya atılmıştır. Sonra Heinrich Hertz tarafından doğrulanmıştır. Maxwell elektrik ve manyetik alanların dalga benzeri yapılarını ve simetrilerini açığa çıkaran alan dalga formu denklemleri elde etmiştir.

Maxwell, ışığın ölçülen hızının, dalga denklemlerinden çıkan EM dalgaları hızları ile çakışık olmasından dolayı ışığı da bir elektromanyetik dalga olarak kabul etmiştir. Maxwell’in denklemlerine göre, hareketsiz bir elektrik yükü etrafında bir elektrik alan oluşturur. İvmeli hareket eden bir elektrik yüküyse oluşturduğu elektrik alana ek olarak manyetik alan oluşturur. Bu alanlar birbirlerine dik olarak salınırlar ve EMR oluşur.

Bundan dolayı ivmeli hareket eden yükler elektromanyetik dalga yayarlar. Elektrik alan (E) ve manyetik alan (B) bileşenleri olmak üzere elektromanyetik dalganın iki bileşeni vardır. Bu iki bileşen birbirine dik, elektromanyetik dalganın yayılma yönü ise her ikisine de diktir.

Elektrik alan, birim yüke etki eden kuvvet olarak bilinir. Bu kuvvetin yönü, artı yükten eksi yüke doğrudur. Elektrik alanlar yönlü oklarla gösterilir. Bir başka anlatımla elektrik alan çizgileri yüksek potansiyelden düşük potansiyele doğrudur.

Manyetik alan ise bir noktada “v” hızıyla hareket eden “q” yükünde “F” kuvvetini meydana getiren alan vektörüdür.

Elektromanyetik dalganın yayılma yönü

Elektromanyetik dalganın yayılma yönü sağ el kuralı ile bulunur.

Sinüzoidal dalganın herhangi bir noktasından başlamak üzere, aynı noktaya varıncaya kadar geçen süreye “periyot (T)” denir. Birim zamandaki (1 sn.) periyot sayısına ise “frekans (f)” denir. f = 1 / T”dir. Frekans birimi Hertz (Hz)”dir.

1 KHz = 1.000 Hz           1 MHz = 1.000.000         Hz 1 GHz = 1.000.000.000 Hz „ dir.

Elektromanyetik dalgalar ışık hızı (c= 300.000 km/sn. = 161.800 NM/sn.) ile yayılır. Bir elektromanyetik dalganın bir periyodunda kat edilen yol, dalga boyunu (λ) verir.

(λ) Lamda ışığın dalga boyu gösterim simgesi.

Birimi metredir (m). c = λ . f ve λ = c / f ” dir.

Düşük frekanslı elektromanyetik dalgalar, uzun dalga boyuna sahip iken kısa dalga boylu elektromanyetik dalgalar ise büyük frekanslıdır. Elektromanyetik dalgalar; dalga boyları, frekansları ve taşıdıkları enerjiye göre gruplandırılır. Frekans değerleri farklı olan ışınlar, bu değerler sıralandığında elektromanyetik spektrum elde edilir.

Elektromanyetik Dalga Spektrumu

Yüksek enerjili gama ışınlarından çok düşük enerjili radyo dalgalarına kadar tüm ışınlar yelpazesine elektromanyetik spektrum denir. Buna göre elektromanyetik dalga spektrumunda sıralama radyo dalgalarından başlar ve gama dalgalarında biter.

Elektromanyetik Dalgaların Üretilmesi

Elektromanyetik dalgaların dalga boylarına bağlı elektromanyetik dalga üretecinin yapısı da değişir. Şekilde kısa dalga yayın yapan dalga üreteci “ω=1/√LC” frekansı ile titreşen “LC” devresini kapsamaktadır. Bu sistemdeki yük ve akımlar rezonans frekansında salınır.

Elektromanyetik enerji, titreşim periyodunun yarısında yüklerin kondansatör de elektrik enerjisi depolar. Diğer yarısında ise akımların bobinde manyetik enerji depolanması şeklinde depolanır. “LC” salınıcısındaki anten “ω” (omega) frekanslı salınımlar şeklinde rezonansa gelir. Çevreye elektromanyetik dalga şeklinde enerji yayılır. Yani “LC” salınım devresi ve anten sistemi, bir enerji dönüşümü meydana getirir.

Elektrik dipol antenin iki kolunun uçları arasında elektrik yüklerinin salınım hareketini yapar. Aşağıdaki şekilde dipol antenin uçları arasındaki yüklerin salınımı sonucu yayınlanan elektromanyetik alan çizgilerinin yayılımı görülmektedir. Elektrik ve manyetik alan çizgileri, dipol antenin ekseni civarında dönel şekiller meydana getirerek antenden c ışık hızıyla uzaklaşır.

Elektromanyetik Dalga Çeşitleri

Elektromanyetik dalgalar, frekansına göre değişik tiplerde sınıflandırılmıştır. Bu tipler sırasıyla (artan frekansa ve azalan dalga boyuna göre)

Radyo Dalgaları

Dalga boyu 1 mm ile birkaç km arasında olan dalgadır. Radyo ve televizyon yayınlarında kullanılan dalgadır. Radyo dalgaları da kendi içerisinde kısa, orta ve uzun şeklinde ayrılmaktadır.

Mikrodalga Işınları

Bu dalga çeşidi atom ve moleküler yapıların çözümlenmesinde, fırınlarda ve uçak iniş kalkışlarında kullanılmaktadır. Dalga boyları 0,1- 100 cm ve frekansları 0,3-300 Giga hertz (GHz) olan elektromanyetik dalgalardır. Küçük ev aleti olarak kullanılan mikrodalgalar örnek verilebilir.

Mikrodalga fırınlar ve bazı elektronik cihazlar tarafından üretilirler.

• Atom ve moleküllerin incelenmesi, uçakların iniş ve kalkışları sırasında kullanılan radar sisteminde
• Televizyon yayınları, radyo, uydu veya uzak telefon haberleşmeleri, telgraf,
• Astronomi, bilgisayarda data transferi gibi iletişim amaçları mikrodalgalardan faydalanılır.

Toz, ışık ve yağmurun içinden kolay bir şekilde geçeceği için uzaydan dünyayı görüntüleme amaçlı olarak ta kullanılır. Mikrodalga fırınlarda da aynı tip ışınlar bulunmaktadır. Mikrodalgaların etkisine en duyarlı organlar gözler ve testislerdir.

Infrared Dalgalar

Bütün cisimler, düşük yüzeysel sıcaklık değerine sahip olan diğer cisimlere infrared ışın yayar. Infrared ışınlar 1mm ile 750 nanometre arasında dalga boyuna sahiptir. Sıcaklığın artması, enerjinin ve frekansının artmasına sebep olur.

Görünür Işık

Elektronların atom molekülleri içindeki hareketleri sonucu oluşan manyetik dalgadır. Örnek olarak gök kuşağı söylenebilir. Dalga boyları 4⋅10–7m–7⋅10–7m arasındadır. İnsan gözünün algıladığı ışıktır. Bunlar çok sıcak cisimlerden yayılır. (Kırmızı, sarı, yesil, mavi, mor gibi)

Mor Ötesi Işınlar 

Sterilizasyon makinelerinde kullanılan dalga türüdür. Elektriksel deşarj sırasında atom ve moleküller tarafından üretilir. Bunların kaynağı genelde güneştir. Dalga boyları 4⋅10–7m–6⋅10–10m arasındadır. Yeryüzüne az miktarda ulaşırlar. Güneş çarpmasının sebebi bu ışınlardır.

Kızılötesi Işınlar

Sıcak cisimler tarafından üretilen dalgadır. Dalga boylan 1mm–7⋅10–7m arasındadır. Gözle görülemezler ancak termal kameralardan görülürler. Ateş ölçerler bu tür manyetik dalgaya verilebilen örnektir. Kızılötesi ışınlar için detaylı yazımız sayfamızdadır.

Ultraviyole Işınları

Ultraviyole ışınları göz ile görülmez. 10 ile 380 nanometre aralığında dalga boylarına sahiptirler. Ultraviyole ışınlarının ana kaynağı güneştir.

X Işınları

Yüksek enerjili ve çok küçük dalga boylu dalgalardır. Röntgen ışını olarak bilinen bu dalga elektronların yavaşlatılmasıyla elde edilir. X ışınları

Gama Işınları 

Sağlığa en zararlı ışınlarıdır. Gama ışınları dalga boyu en kısa olan elektromanyetik dalgadır.

Çeşitli organizmaların gözleri bu ışınların sadece küçük bir frekans aralığındaki ışınları algılayabilir. Buna “ışık” ya da “görülebilir tayf” denir.

Elektromanyetik Dalgaların Özellikleri

Elektromanyetik oldukça fazla özelliğe sahip dalgalardır.

• Yüklü cisimlerin ivmeli hareketleri sonucu oluşurlar.
• Işık hızıyla yayılırlar.
• Yüksüzdürler.
• Yüksüz oldukları için elektrik ve manyetik alandan etkilenmezler.
• Enerjileri E=h⋅ν formülü ile hesaplanır.
• Hızları farklı ortamlara geçtiklerinde değişir.
• Soğurulabilirler;  soğuran  cisimler ısınır.
• Elektromanyetik dalgalar enine dalgalardır. İlerleme çizgileriyle titreşimler birbirine dik şekildedir.
• Kendini meydana getiren elektrik ve manyetik alanları aynı fazdadır.
• E = B . c  dir. (c; ışık hızıdır.)
• Yansıma, kırılma, kırınım ve girişim yapabilirler.
• Boşlukta yayılabilirler.
• Polarize edilebilirler.

 

Akım Nedir? Elektrik Akımı Nedir?

Akım nedir: Elektrik yüklerinin bir iletken içerisinde belirli bir doğrultu boyunca hareket etmesidir. İletken kabloların kullanıldığı devrelerde elektron hareketliliği ile elektrik akımı gerçekleşir.

Elektrik Akımı Nasıl Oluşur?

Elektrik akımı farklı ortamlarda farklı şekillerde gerçekleşebilir:

• Katı iletkenlerde (örneğin bakır tel): Akımı taşıyanlar elektronlardır. Önce elektronlar negatif kutuptan pozitif kutba doğru hareket eder. Böylece elektrik akımı oluşur.
• Elektrolit çözeltilerde (örneğin tuzlu su, asit, akü içindeki sıvı): Akımı hem pozitif iyonlar hem de negatif iyonlar taşır. İyonlar zıt yönlerde hareket ederek devreyi tamamlar.
• Plazma veya iyonlaştırılmış gazlarda (örneğin neon lambalar, kaynak makineleri): Akımı hem elektronlar hem de iyonlar birlikte taşır.

Elektrik Akım Yönü

Elektronlar negatif yönden pozitife doğru hareket etmektedir. Bu şekilde hareket etmeleri elektrik akımı adı verilir. Ancak elektrik akımı pozitif kutuptan negatif kutba doğru ilerler. Elektronlar arasında olan bu enerji aktarımına akım denir.

Elektrik akımı, nerede ve nasıl taşınırsa taşınsın, elektrik yüklerinin düzenli ve yönlü hareketidir. Bu hareket sayesinde enerji bir yerden başka bir yere aktarılır.

Elektrik akımını bir örnekle açıklayalım.

Elektrik akımını anlamak için su devresini düşünelim: Su basıncını oluşturmak için bir pompa kullanılır. Üreteç (pil/dinamo) elektronların akmasını sağlar.

Ayrıca mekanik enerji elde etmek için su türbini dönerek motoru çevirir. Su sayacı geçen su miktarını, ampermetre ise geçen akımı ölçer. Suyu açıp kapatmak içinde bir vana bulunur. Anahtar (şalter) elektrik devresini açıp kapatır.

Pompa çalıştığında ve vana açık olduğunda su akar ve türbin döner. Aynı şekilde, anahtar kapatıldığında pil elektronları hareket ettirir. Böylece devrede elektrik akımı oluşur ve motor çalışır.

Elektrik Devresi Ve Su Devresi Nasıl Çalışır?

Şekilde gördüğünüz elektrik devresi, su devresi ile aynı mantıkta çalışır. Devrede elektron fazlalığını yani potansiyel farkını sağlayan ve elektronları harekete geçiren bir doğru akım dinamosu üreteç olarak kullanılmıştır. Mekanik enerji elde etmek için devreye elektrik motoru, geçen elektrik akımını ölçmek içinde ampermetre bağlanmıştır. Devreye enerji vermek veya enerjisini kesmek için de bir şalter konulmuştur.

Elektrik devresindeki dinamo, su devresindeki pompaya. Elektrik motoru su türbinine, ampermetre su sayacına, şalter de vanaya karşıt olan düzeneklerdir.

Dinamonun oluşturduğu gerilim, elektrik motorunun dönmesini sağlar. Motorun dönmesi için sargılarda bir elektron hareketinin olması gerekir. Elektrik devresinde dolaşan bu elektron hareketine elektrik akımı denir.

Akım Nasıl Ölçülür?

Elektrik akımı, ampermetre ile ölçülür.

Elektriksel Akım Nedir?

Elektrik yükünün bir iletken üzerinde elektrik potansiyelinin yüksek olduğu uçtan, düşük olduğu uca doğru yer değiştirmesidir.

Elektrik Akım Formülü 

V (Potansiyel) = R (Direnç) x I (Akım)

Bu formül, aynı zamanda Ohm kanununun da formülüdür.

Örnek: Direncin 0,5, akımın 1 olduğu bir devrede potansiyel 2’ dir.

Akım Şiddeti Birimi

Akım şiddetinin ölçü birimi Amper’ dir. İletken telin bir kesiti üzerinden bir saniyede 1 Coulomb’ luk elektrik yükü geçmesi 1 Amper’e denktir.

Bir iletkenin belli bir kesitinden belirli bir zaman içinde ne kadar çok elektron geçerse, akımda o oranda şiddetli olur. Şu halde akım şiddeti; zaman birimi içinde iletkenden geçen elektronların sayısıdır.

Akım şiddetini elektronların sayısı ile göstermek için çok büyük rakamlar kullanmak gerekir. Bunun için pratikte bundan vazgeçilmiş ve suyun ölçülmesine benzer bir yöntem kullanılmıştır. Şöyle ki; su akımın ölçmek için, birim olarak litre alınır ve borudan bir saniyede kaç litre suyun aktığı saptanır. Elektrik akımını ölçmek içinde amper kabul edilmiştir. Fransız fizikçisi Ampere (1775-1836) in adını taşıyan bu ölçü birimi, elektrik akımının kimyasal etkisine dayanılarak tarif edilir.

Akım şiddeti (I) harfi ile gösterilir. Ana birim amperin baş harfi olan (A) harfi ile gösterilir. Amperin binde birine Mili amper (mA), milyonda birine de  Mikro amper (µA) denir.

Amperin üst katı ve ast katı;

Akım biner biner artar, biner biner küçülür. Akımın üst katı kiloamper (kA), ast katı ise mili  amper (mA) ve mikro amper (µA)’dir.

• Ast Kattan Üst Kata Çevrilirken Bine Bölünür.

1000 Amper (A) = 1 kilo amper (kA) dir. ( 1000/1000=1 )

55 Amper (A) = 0,55 kilo amper (kA) dir. ( 55/1000=0,55 )

0,28 Amper (A) = 0,00028 kilo amper (kA) dir. ( 0.28/1000=0,00028 )

• Üst Kattan Ast Kata Çevrilirken Bin İle Çarpılır

0,5 kilo amper (kA) = 500 amper (A) dir.( 0,5 x 1000=500 )

1 amper (A) = 1000 (mili amper) mA. ( 1 x 1000=1000 ) 

Herhangi bir kesit üzerinden bir saniye içerisinde bir Coulomb’ luk yük geçmesi bir Amper’lik akıma karşı gelir. Ohm Kanunu‘na uyan maddeler üzerinden geçen akım bu maddenin direnci ile ters orantılı, akımı meydana getiren gerilim ile doğru orantılıdır. Doğadaki çoğu madde Ohm Kanunu’na büyük oranda uyar, ancak akım ve gerilim arasındaki bağıntı çok daha karışık olabilir. Yarı iletkenler bu duruma güzel bir örnektir.

 

 

 

 

 

Piezoelektrik Nedir? Nasıl Kullanılır?

Piezoelektrik nedir: Piezo kelimesi sıkıştırmak, basınç uygulamak anlamına gelmektedir. Yunanca’ dan türetilmiştir. (+) ve (-) olarak iki zıt kutup arasına yalıtkan bir madde sıkıştırılır. Bu yalıtkan maddenin üzerine uygulanan basınç ile birlikte elektrik enerjisi oluşur. Bu oluşan elektrik enerjisine piezoelektrik denir. Üretilen bu enerji, uygulanan mekanik enerji ile doğru orantılı şekilde enerji üretme imkanı sağlamaktadır.

Piezoelektrik özellik, mekanik bir enerjiyi elektriğe veya elektrik enerjisini mekanik enerjiye çevirebilmektedir. Mekanik sıkıştırma sonucu voltaj üretir. Voltaj uygulandığında mekanik titreşim elde edilir. Bu bazı kristal ve seramiklere ait özelliktir.

Piezoelektrik Nasıl Çalışır?

Piezoelektrik, belirli kristallerin doğrudan piezo etkisi sonucu mekanik basınç veya gerilime maruz kaldığında elektrik yükü oluşturması prensibine dayalı olarak çalışır. Bu kristaller elektrik alanına maruz kaldığında ters piezo etkisi denilen bir davranış göstererek kontrollü bir deformasyona uğrar.

Mekanik enerjiden voltaj üretimine piezo olayı denir. Voltajdan mekanik titreşim üretimine de ters piezo olayı denir. Dışardan voltaj verildiği zaman kristal yapının şekli az da olsa değişir. Deforme edilmiş piezoelektrik disk bir voltaj yaratır. Bu özellik, basınç ölçüm aletlerine, ses kayıt ve üretme aletlerinde kullanılır. Ayrıca çok ince ayar gerektiren optik odaklama cihazlarında da kullanılır. 400 kHz gibi yüksek bir frekansta çalışabilir. Piezoelektrik polimer ya da seramiklerden de, aynı doğrultuda uygulanan yük, malzeme içinde ki kristal yapının her iki tarafında bulunan +q ve –q yüklerin ortaya çıkması sonucu oluşur.

Piezo olayını oluşturan kristaller arasında kuartz, tormalin, rokel bulunur. Doğada ki şekli ile kullanılması mümkün değildir. Kristallerin titreşim frekansı ve ürettiği voltaj kesiliş şekilleri, yüzey işlemleri ile yakından ilgilidir. Kristalin merkeze göre kesim yüzeylerinin simetrik olması gerekir.

Piezoelektrik Özellik

Piezoelektrik özelliği, belirli kristaller ve kemik gibi bazı malzemelere uygulanan mekanik basınç sonucunda, malzemenin elektrik alan veya elektrik potansiyel değiştirme yeteneğidir. Bu etki, malzemenin içindeki polarizasyon yoğunluğundaki değişmeyle doğrudan alakalıdır. Eğer malzeme kısa devre değilse, uygulanan stress malzemede bir voltaj meydana getirir.

Sürekli kutuplaşmaya sahip bir asimetrik iyonsal kristale basınç uygulanırsa kutuplar arası uzaklık azalır. Yüzeyinde yük birikimi artar, dolayısıyla iki uç arasında bir gerilim farkı doğar ve bir iletkenle birleştirilirse akım akar. Böylece mekanik etki elektriksel büyüklüğe dönüşür. Diğer taraftan, aynı kristalin iki ucu arasına bir gerilim uygulanırsa (-) yükler (+) elektroda, (+) yükler (-) elektroda doğru çekilir. (-) ve (+) yük merkezleri arasında uzaklık 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.

Piezoelektrik Kristal Nasıl Kullanılır?

Piezoelektrik kristal ve piezoelektrik seramiklerde;

Mekanik titreşimlerin elektrik dalgalarına, elektrik dalgalarının mekanik titreşimlere çevrilmesi istenilen elektromanyetik çeviricilerde (transdüserlerde) kullanılır. Mikrofonlar, gemilerde derinlik ve hedef bulmaya yarayan sonar cihazlarında yararlanılır. Sonar cihazında piezoelektrik olayı ile su içine ses yayımı yapılır. Sesi çıkaran, elektrik enerjisi etkisiyle titreşen kristallerdir. Suya yapılan ses hedefe çarpıp yansıyınca bu defa kristaller, suyun ses dolayısıyla sıkışması ile titreşir. Titreşen kristaller elektrik dalgaları üreterek ses ve ekranda görüntü olarak hedef tespiti yapılır.

Piezoelektrik Tarihi

Piezoelektrik olayı; 1880 yılında Fransız fizikçiler Pierre Curie ve Jacques kardeşler tarafından keşfedilmiştir. Bu kristalleri farklı yönlerden sıkıştırarak voltaj ürettiklerini keşfettiler. 1881’de Fransız Gabriel Lippmonn, piezoelektrik olayının tersini deneyle ispatladı. Piezoelektrikten faydalanarak Birinci Dünya Savaşında denizaltı gemilerini belirlemek için kullanılan basit ultrasonik cihazlar yapıldı. Bu cihazlar geliştirilerek bugünkü modern gemilerde kullanılan sonar cihazlarına dönüştü. Piezo kristal ile birlikte aynı işi görebilecek piezoelektrik seramik 1940 senelerinde geliştirildi.

Piezoelektrik Rezonans

Bir kuvars levhası bir f₀ mekanik titreşim frekansı olan esnek bir katıdır (genleşme ve sıkışma). Bu frekansın değeri : f₀ = V / 2e ‘dir.
Burada V, titreşimin kuvarsta ilerleme hızı (3500 m / sn) ve e, titreşim dalgasının yarı uzunluğuna eşit olan levha kalınlığıdır.

1 mm’ lik kalınlık için: f₀ = 3500 / 2 x 0,001=1750000 hertz.

Bir kuvars levhası f₀ frekansında titreşim yaptığında, bu levha üzerine uygun olarak yerleştirilmiş iki elektrot arasında aynı f₀ frekansında değişen bir gerilim elde edilir. Bundan dolayı kuvars levhası salınan bir elektrik devresine benzetilebilir.

Piezoelektrik Malzeme 

Piezoelektrik malzemeler içerisinde en çok kullanılan kurşun-zirkonyum-titanyum (PZT) seramiktir. Genel olarak piezoelektrik olarak kullanılan diğer malzemeler;

Kuartz (SiO₂) Turmalin Baryum Titanat (BaTiO₃) Çinko Oksit (ZnO) PVDF (Poli-vinilidin-klorür)

Piezoelektrik malzeme terslenebilirdir. Yani “direk piezoelektrik etki” sergileyen (stress uygulandığı zaman  elektrik potansiyel üreten) malzemeler. Ters piezoelektrik etki (uygulanan elektrik alan sonucunda stress-strain üretimi) de gösterirler. Örneğin;

kurşun zirkonat titanat kristalleri, orijinal boyutundan %0,1 oranına kadar şekil değiştirebilirler.

Piezoelektrik Kullanım Alanları

Enerji dönüşüm yönüne göre 3 grupta incelenebilir :

1 – Mekanik Enerji Elektrik Enerjisi Dönüşümü

• Sigortalar
• Titreşim algılayıcıları
• Mikrofonlar
• Pikap kartujları
• Gaz ateşleyiciler
• Hız ölçerler

2 – Elektrik Enerjisi Mekanik Enerji Dönüşümü

• Kulaklıklar
• Valfler
• Mikro pompalar
• Sonik dönüştürücüler
• Ultrasonik temizleyiciler

3 – Elektrik  Mekanik Elektrik Enerjisi Dönüşümü

• Transformatörler
• Osilatörler
• Yüzey akustik dalga ölçerler
• Sonarlar (deniz araştırmalarında)

Piezoelektrik malzeme enerji üreteçleri olarak kullanılmaktadır. Piezoelektrik malzeme, MP3 oynatıcılara, telefonlara  vb. yetecek kadar enerji üretebilir. Ayakkabının tabanı piezoelektrik maddelerden üretilebilir. Her adım atıldığında elektrik üretimi sağlanabilir.

Atomik çözünme sonucunda bilimsel birçok tekniğin (taramalı prop mikroskoplar STM, AFM, MTA, SNOM gibi) temelini oluşturmaktadır. Günlük kullanımda ateşleyici olarak çakmaklarda ve barbekülerde kullanılmaktadır.