Süper İletken Maddeler Nelerdir

**Prof. Dr. Sinsi** · 07-28-2012

Süper İletken Nedir? Süper İletken Neye Denir? Süper İletkenler Nelerdir?

Süperiletkenler

ısıları belli bir seviyeye düşürüldügünde elektrik akımına karşı dirençlerini tamamen kaybeden maddelerdir

Bu bize

elektrik akımının sıradan iletkenlerde dirençten doğan ve ısı olarak yayılan enerji kaybını (%3 ile %10 arasındadır) engelleme olanağı verir

örn

Süperiletkenlerin bir başka özelliği ise kusursuz diamanyetik olmaları

Yani süperiletkenler manyetik alanı tamamen iter

Böylece süperiletken mıknatıslar yardımıyla

örneğin bir treni raylara temas etmeden hareket ettirebilir ve sürtünmeyi azalttığımız için trenin çok daha hızlı gitmesini sağlarız

Bu tip süper hızlı trenler Japonya’da kullanılmakta

1900’lü yılların başından beri popülaritesini hiç kaybetmemiş çalışma alanlarından biri de süper iletkenliktir

Danimarkalı fizikçi K

Onnes

1908 yılında

mutlak sıfırın birkaç derece üstündeki sıcaklıklarda civanın elektriksel direncini ölçerken 4

2 °K de direncin aniden sıfıra gittiğini gözledi

Daha sonra

bu mükemmel iletkenliğe keskin geçişin

başka metal ve alaşımlarda da olduğu bulundu ve bu olguya süper iletkenlik adı verildi

Bir metal

özelliklerine bağlı olarak değişen ve geçiş sıcaklığı adı verilen belli bir sıcaklıkta süper iletken hale gelir

Elektrik akımı

yani elektronların akışı

iletken kablolar yardımıyla sağlanır

Fakat bu metal kabloların elektriksel dirençleri vardır ve akımın telden akması sırasında bu direnç nedeniyle enerjilerinin bir kısmı atık ısıya dönüşür

Süper iletken malzemelerde ise neredeyse hiç elektriksel direnç yoktur

Dolayısıyla elektrik akımı bir süper iletkenden hiç enerji kaybına uğramadan akabilir

Bu da elektriğin kaynağından kullanılacağı yere taşınırken oluşan her türlü kaybın ortadan kalkması anlamına gelmektedir

Süper iletkenleri tanımlarken yalnızca sıfır elektriksel dirence sahip olduklarını söylemek yetmez

Süper iletkenler aynı zamanda mükemmel diamagnetik özellikler gösteren maddelerdir

Yani bu süper iletken maddelerin manyetik alanı tamamen itecekleri anlamına gelir

Süper iletkenlerin bu özellikleri ilerleyen teknoloji yardımıyla günümüzde de bir çok kullanım alanı bulmuştur

Örneğin hızlı trenler

kullanılan süper iletken mıknatıslar yardımıyla raylara temas etmeden hareket ettirilebilir ve sürtünmeden kaynaklı enerji ve hız kaybı oldukça azalır

Günümüzde Güney Kore

Japonya gibi bu teknolojiye sahip ülkeler ulaşım aracı olarak hızlı trenlere oldukça fazla rağbet göstermekte

Süper iletkenlikte temel amaç geçiş sıcaklığı Tc yi yukarıya çekmektir

Ulaşılması güç olan sıcaklıklar yerine oda sıcaklığınayakın değerlerde süper iletim durumuna geçebilen kullanım alanı geniş malzemeler elde etmek için malzeme bilimciler

aralıksız olarak çalışmalarını sürdürmektedir

Bu nedenle Süper iletken sistemlere farklı elementler ilave edilmekte veya daha değişik kompozisyonlar hazırlanmaktadır

Süper iletkenlik olgusunun kuramsal olarak açıklanması ise yüzyılımızın ortalarında John Bardeen

Leon Cooper ve John Schrieffer isimli üç Amerikalı fizikçi tarafından yapıldı ve bu çalışmaları onlara Nobel Ödülü kazandırdı…

Süper iletken

1986'da George Bednorz

kayıp olmaksızın enerjiyi transfer edebilen bir madde geliştirdi

Böylece 'süper iletken'kavramı hayatımıza girmiş oldu

Süper iletkenler

'bilgi çağı'nın açısından çok önemli gelişmeleridir

Sıradan bir bakır telden iletildiğinde enerjinin yaklaşık % 40'ı kaybolmaktadır

Işte bu yüzden süper iletkenler insanlığın enerjiyi doğru ve verimli kullanabilmesi açısından çok önemlidir

süper iletken bir fen konusudur

elektrikte direnç üstü bir kavramdır
Elektrik iletkenliği bakımından

iletken ile yalıtkan arasında kalan maddelerdir

Normal durumda yalıtkan olan bu maddeler ısı

ışık

manyetik etki veya elektriksel gerilim gibi dış etkiler uygulandığında bir miktar değerlik elektronlarını serbest hale geçirerek iletken duruma gelirler

Uygulanan bu dış etki veya etkiler ortadan kaldırıldığında ise yalıtkan duruma geri dönerler

Bu özellik elektronik alanında yoğun olarak kullanılmalarını sağlamıştır

Yarı iletkenlerin değerlik yörüngelerinde dört elektron bulunur

Bu yüzden yarı iletkenler iletkenlerle yalıtkanlar arasında yer almaktadır

Elektronik elemanlarda en yaygın olarak kullanılan yarı iletkenler germanyum ve silisyum elementleridir

Tüm yarı iletkenler son yörüngelerindeki atom sayısını sekize çıkarma çabasındadırlar

Bu nedenle saf bir germanyum elementinde komşu atomlar son yörüngelerindeki elektronları kovalent bağ ile birleştirerek ortak kullanırlar

Atomlar arasındaki bu kovalent bağ germanyum elementine kristal özelliğini kazandırır

Silisyum da özellik olarak germanyum ile hemen hemen aynıdır

Yarı iletkenli elektronik devre elemanlarında daha çok silisyum kullanılır

Silisyum ve germanyum devre elemanı üretiminde saf olarak kullanılmaz

Bu maddelere katkı katılarak değerlik bandı enerji seviyesi yukarıya veya iletkenlik bandı enerji seviyesi aşağıya çekilir

Değerlik bandının yukarı çekildiği yarı iletkenlere P tipi yarı iletken

iletkenlik bandının aşağıya çekildiği yarı iletkenlere ise N tipi yarı iletken denir

P tipi yarı iletkende yüklü boşluk derişimi

N tipi yarı iletkende ise elektron derişimi göreli olarak daha yüksektir

Yarı iletkenler germanyum

silisyum

selenyum gibi elementler olabildiği gibi; bakır oksit

galyum arsenid

indiyum fosfür

kurşun sülfür gibi bileşikler de olabilir

metaller kendi aralarında sınıflandırılır soy maddeler (altın gümüş platin) gibi soy olmayan maddeler (demir çinko aliminyum)gibi yarı metaller iyi metal özelliği göstermez bu elementler hem metal hemde ametal özelliği gösterir silisyum bor antimum ar ik gibi elementler yarı metaldir

Elektrik iletkenliği yüksek (bakırın yaklaşık %70’i oranında) olan ve kolayca kimyasal tepkimelere girmeyen altın en çok elektrik ve elektronik sanayilerde bağlantıların terminallerin baskı devrelerinin transistörlerin ve yarı iletken sistemlerin kaplanmasında kullanılır

Saf gümüş kolay paslanmaz

Elektrik ve ısıyı çok iyi iletir

Fakat çok yumuşak olup mekanik kuvvete karşı direnci azdır

Alüminyum aynı zamanda bir süper iletkendir

Süper iletkenliğe geçiş kritik sıcaklığı 12 K dir

Asit Sulu çözeltileri elektirik akımını iletir

07-28-2012	#2
Prof. Dr. Sinsi	Süper İletken Maddeler Nelerdir Süper İletken Nedir? Süper İletken Neye Denir? Süper İletkenler Nelerdir? Süperiletkenler ısıları belli bir seviyeye düşürüldügünde elektrik akımına karşı dirençlerini tamamen kaybeden maddelerdir Bu bize elektrik akımının sıradan iletkenlerde dirençten doğan ve ısı olarak yayılan enerji kaybını (%3 ile %10 arasındadır) engelleme olanağı verirörn Süperiletkenlerin bir başka özelliği ise kusursuz diamanyetik olmalarıYani süperiletkenler manyetik alanı tamamen iter Böylece süperiletken mıknatıslar yardımıyla örneğin bir treni raylara temas etmeden hareket ettirebilir ve sürtünmeyi azalttığımız için trenin çok daha hızlı gitmesini sağlarız Bu tip süper hızlı trenler Japonya’da kullanılmakta 1900’lü yılların başından beri popülaritesini hiç kaybetmemiş çalışma alanlarından biri de süper iletkenliktir Danimarkalı fizikçi K Onnes 1908 yılında mutlak sıfırın birkaç derece üstündeki sıcaklıklarda civanın elektriksel direncini ölçerken 42 °K de direncin aniden sıfıra gittiğini gözledi Daha sonra bu mükemmel iletkenliğe keskin geçişin başka metal ve alaşımlarda da olduğu bulundu ve bu olguya süper iletkenlik adı verildiBir metal özelliklerine bağlı olarak değişen ve geçiş sıcaklığı adı verilen belli bir sıcaklıkta süper iletken hale gelir Elektrik akımı yani elektronların akışı iletken kablolar yardımıyla sağlanır Fakat bu metal kabloların elektriksel dirençleri vardır ve akımın telden akması sırasında bu direnç nedeniyle enerjilerinin bir kısmı atık ısıya dönüşür Süper iletken malzemelerde ise neredeyse hiç elektriksel direnç yoktur Dolayısıyla elektrik akımı bir süper iletkenden hiç enerji kaybına uğramadan akabilir Bu da elektriğin kaynağından kullanılacağı yere taşınırken oluşan her türlü kaybın ortadan kalkması anlamına gelmektedir Süper iletkenleri tanımlarken yalnızca sıfır elektriksel dirence sahip olduklarını söylemek yetmez Süper iletkenler aynı zamanda mükemmel diamagnetik özellikler gösteren maddelerdir Yani bu süper iletken maddelerin manyetik alanı tamamen itecekleri anlamına gelir Süper iletkenlerin bu özellikleri ilerleyen teknoloji yardımıyla günümüzde de bir çok kullanım alanı bulmuştur Örneğin hızlı trenler kullanılan süper iletken mıknatıslar yardımıyla raylara temas etmeden hareket ettirilebilir ve sürtünmeden kaynaklı enerji ve hız kaybı oldukça azalır Günümüzde Güney Kore Japonya gibi bu teknolojiye sahip ülkeler ulaşım aracı olarak hızlı trenlere oldukça fazla rağbet göstermekte Süper iletkenlikte temel amaç geçiş sıcaklığı Tc yi yukarıya çekmektir Ulaşılması güç olan sıcaklıklar yerine oda sıcaklığınayakın değerlerde süper iletim durumuna geçebilen kullanım alanı geniş malzemeler elde etmek için malzeme bilimciler aralıksız olarak çalışmalarını sürdürmektedir Bu nedenle Süper iletken sistemlere farklı elementler ilave edilmekte veya daha değişik kompozisyonlar hazırlanmaktadır Süper iletkenlik olgusunun kuramsal olarak açıklanması ise yüzyılımızın ortalarında John Bardeen Leon Cooper ve John Schrieffer isimli üç Amerikalı fizikçi tarafından yapıldı ve bu çalışmaları onlara Nobel Ödülü kazandırdı… Süper iletken 1986'da George Bednorz kayıp olmaksızın enerjiyi transfer edebilen bir madde geliştirdi Böylece 'süper iletken'kavramı hayatımıza girmiş oldu Süper iletkenler 'bilgi çağı'nın açısından çok önemli gelişmeleridir Sıradan bir bakır telden iletildiğinde enerjinin yaklaşık % 40'ı kaybolmaktadır Işte bu yüzden süper iletkenler insanlığın enerjiyi doğru ve verimli kullanabilmesi açısından çok önemlidirsüper iletken bir fen konusudurelektrikte direnç üstü bir kavramdır Elektrik iletkenliği bakımından iletken ile yalıtkan arasında kalan maddelerdir Normal durumda yalıtkan olan bu maddeler ısı ışık manyetik etki veya elektriksel gerilim gibi dış etkiler uygulandığında bir miktar değerlik elektronlarını serbest hale geçirerek iletken duruma gelirler Uygulanan bu dış etki veya etkiler ortadan kaldırıldığında ise yalıtkan duruma geri dönerler Bu özellik elektronik alanında yoğun olarak kullanılmalarını sağlamıştır Yarı iletkenlerin değerlik yörüngelerinde dört elektron bulunur Bu yüzden yarı iletkenler iletkenlerle yalıtkanlar arasında yer almaktadır Elektronik elemanlarda en yaygın olarak kullanılan yarı iletkenler germanyum ve silisyum elementleridir Tüm yarı iletkenler son yörüngelerindeki atom sayısını sekize çıkarma çabasındadırlar Bu nedenle saf bir germanyum elementinde komşu atomlar son yörüngelerindeki elektronları kovalent bağ ile birleştirerek ortak kullanırlar Atomlar arasındaki bu kovalent bağ germanyum elementine kristal özelliğini kazandırır Silisyum da özellik olarak germanyum ile hemen hemen aynıdır Yarı iletkenli elektronik devre elemanlarında daha çok silisyum kullanılır Silisyum ve germanyum devre elemanı üretiminde saf olarak kullanılmaz Bu maddelere katkı katılarak değerlik bandı enerji seviyesi yukarıya veya iletkenlik bandı enerji seviyesi aşağıya çekilir Değerlik bandının yukarı çekildiği yarı iletkenlere P tipi yarı iletken iletkenlik bandının aşağıya çekildiği yarı iletkenlere ise N tipi yarı iletken denir P tipi yarı iletkende yüklü boşluk derişimi N tipi yarı iletkende ise elektron derişimi göreli olarak daha yüksektir Yarı iletkenler germanyum silisyum selenyum gibi elementler olabildiği gibi; bakır oksit galyum arsenid indiyum fosfürkurşun sülfür gibi bileşikler de olabilirmetaller kendi aralarında sınıflandırılır soy maddeler (altın gümüş platin) gibi soy olmayan maddeler (demir çinko aliminyum)gibi yarı metaller iyi metal özelliği göstermez bu elementler hem metal hemde ametal özelliği gösterir silisyum bor antimum ar ik gibi elementler yarı metaldir Elektrik iletkenliği yüksek (bakırın yaklaşık %70’i oranında) olan ve kolayca kimyasal tepkimelere girmeyen altın en çok elektrik ve elektronik sanayilerde bağlantıların terminallerin baskı devrelerinin transistörlerin ve yarı iletken sistemlerin kaplanmasında kullanılır Saf gümüş kolay paslanmaz Elektrik ve ısıyı çok iyi iletir Fakat çok yumuşak olup mekanik kuvvete karşı direnci azdır Alüminyum aynı zamanda bir süper iletkendir Süper iletkenliğe geçiş kritik sıcaklığı 12 K dir Asit Sulu çözeltileri elektirik akımını iletir