Hardware Arena

Ä°LETKENLÄ°K

 

 

Benim ilk bilgisayarım P4 2.4'tü. Ben bilgisayar alemine biraz geç daldım dolayısı ile aranızda benden yıllar önce bu işlere başlayan arkadaşlarımız vardır fakat bunlardan bir çoğu şu anda benim yazılarımı, testlerimi ve incelemelerimi okuyarak ürünler hakkında bilgi ediniyorlar. Aradaki mesafeyi kapatmak için inanın çok çalıştım ve çok araştırma yaptım. Her ay ne kadar bilgisayar dergisi çıkarsa alır, hepsini ezberleyecek derecede okurdum. Çünkü meraklıydım, bilgiye açtım ve en önemlisi araştırmacı bir ruha sahiptim. Neyse ki artık internet var da paramız cebimizde kalıyor. Zaten dergilerde de eskisi gibi içerik sunulmuyor, bunun başlıca sebepleri var fakat konumuz dışında olduğundan dolayı burayı es geçelim. Halâ daha bir konu hakkında merak ettiğim bir şey olursa önce internette araştırma yapar eğer bir şeyler bulamazsam forumumuzda konu açarak arkadaşlarıma ve siz kullanıcılara danışırım. Tabi her zaman olduğu gibi önce ben araştırırım.

Bu yazı dizisini hazırlamamda ki sebeplerin başında doğru bilinen yanlışlar geliyor ki; bunların en başında da "En iyi iletkenin Altın olduğu bilgisi var" . Site müdavimlerimiz araştırma yapmadan fakat en azından okuma zahmetinde bulunarak bu doğru bilinen yanlışların, esasta nasıl olduklarını öğrenecek. Diğer araştırma yapacak arkadaşlar da bu bilgileri toplu halde bulmuş olacaklar.

Aşağıda yazacağım bilgiler çoğunlula internetten olmak üzere kitaplardan araştırarak derlediğim ve 100 lerce siteden topladığım bilgiler ile birlikte kendi yorumlarımı içermektedir. Geyiği daha fazla uzatmadan elimden geldiğince anlaşır bir dille yazı dizimizin ilk bölümü olan "İletkenlik" kısmına geçelim.

Bilgisayarımızı neden soğutma ihtiyacı duyarız?
Bunun en temel sebebi elektriksel güce karşı gösterilen direnç sonucu ortaya çıkan ısıyı, ısı kaynağından uzaklaştırmaktır. (Fakat günümüzde görsellikle birlikte göze daha hoş gelen bir bilgisayar kasası sahibi olma duygusu da gelmektedir.) Aslına bakarsanız ilk olarak 1911 yılında Hollandalı fizikçi Heike Kamerlingh Onnes, civanın mutlak sıfır (0 °K) civarında soğutulduğunda elektrik akımına direnç göstermediğini gözlemleyerek süper iletkenliği keşfetmiştir. 1986 yılında ise ilk defa J.George Bednorz, kayıp olmaksızın enerjiyi transfer edebilen bir madde geliştirdi. Böylece süper iletkenlik kavramı da hayatımıza girmiş oldu.

Süper iletkenler, direncin sıfır olduğu ve enerji transferi sırasında hiç bir ısının ortaya çıkmadığı iletkenlerdir. Enerji, sıradan bir bakır telden iletildiğinde enerjinin büyük bir çoğunluğu kaybolmaktadır. İşte bu kaybolan enerji, bizim çok sevdiğimiz bilgisayarlarımızı birer fırına dönüştürebilecek ısıyı ortaya çıkarır.

Süper iletkenliğin Tanımı
Süper iletkenlik, belirli maddelerin doğru akimi, hiçbir dirence uğramadan ve kayıpsız iletmek için aşırı düşük sıcaklıklara soğutulduklarında, bu maddelerin gösterdikleri özellikleridir. Başka bir deyişle sıcaklığın belirli bir değerin altına düşürüldüğü zaman doğru akim ile elektriksel dirençleri sıfır olan malzemelere süper iletken denir. Süper iletkenlik sadece kritik sıcaklık, kritik akım ve kritik manyetik alanda mevcut olur.

Hepsi metal olan 27 kimyasal element, atmosfer basıncında, kendi kristalgrafik formlarında süper iletkendir. Bunlar arasında yaygın olarak bilinenler Alüminyum, Kalay, Kurşun, Civa, Renyum, Lantan ve Proktantinyum'dur. Bunlara ilave olarak metal, yarıiletken olan 11 kimyasal element düşük ısı ve yüksek basınç altında süperiletkendir. Uranyum, Seryum, Silikon ve Selenyum'u bunlar arasında sayabiliriz. Bizmut kendi kristal-grafik formunda süper iletken olmamasına rağmen, çok düşük sıcaklıklarda düzenli duruma geçerek süper iletken haline gelebilir. Krom, Manganez, Demir, Kobalt ve Nikel gibi manyetik elementlerin hiçbirinde süper iletkenlik görülmez.

Bilinen süper iletkenlerin birçoğu alaşım veya bileşiktir. Kendisini oluşturan kimyasal elementler süper iletken olmasa bile bileşiklerinin süper iletken olması mümkündür. Örnek olarak gümüş-florid ve bir karbon-potasyum bileşiği verilebilir. Kalay-Tellrid gibi bazı yarı iletken bileşikler uygun bir şekilde yabancı atomlarla yüklenirse süper iletken olabilirler.

Belirleyici Özellikleri
Süper iletkenliğin iki belirleyici özelliği vardır.

1- Maddenin içindeki elektrik akımı, maddenin yapısını oluşturan iyon örgüleriyle çarpışması sonucu engellenir. Buna maddenin direnci adı verilir. Böyle bir madde süper iletken duruma geldiğinde, bu direnç sıfıra iner. Süper iletken durumda maddenin örgüsü, elektronları engellemek yerine, onların hareketine destek olur. Bunun uygulamadaki anlamı süper iletken bir devrede elektrik akımının ilke olarak kayıpsız akacağıdır.

2- Süper iletkenlerin sıfır direnç göstermelerinin yanı sıra yakınlarında bulunan herhangi bir manyetik alanı dışlamaları da ayırt edici bir özelliktir. Örneğin bir mıknatıs kritik sıcaklığın (süper iletkenliğe geçiş sıcaklığı) altında bulunan bir süper iletkeni sanki ters kutuplu bir mıknatısmış gibi iter. Ancak kritik sıcaklığının üstünde aynı süper iletken madde herhangi (mıknatıs olmayan) bir iletken gibi davranır. Yani mıknatısın süper iletken üzerinde bir etkisi görünmez.

Adobe Flash Player not installed or older than 9.0.115!

Süper iletkenlik kavramını biraz daha açalım;
Elektrik iletimiyle ilgili tüm uygulamalar için idealdirler. Bunun yanı sıra süper iletkenler büyük miktarda akımda taşıyabilir. Şimdi sizin aklınızdan geçiyordur. Madem Süper iletken diye bir madde var öyle ise neden kullanılmıyor?

Küçük süper iletken bobinli mıknatıslar çok fazla enerji tüketmeden güçlü manyetik alanlar yaratabilirler. Bu gibi mıknatıslar, manyetik alan sayesinde havada giden trenlerin yapımını sağlayabilir, hızlandırıcı tünellerde ve nükleer manyetik rezonans tarayıcılarında parçacık saptırıcısı olarak kullanılabilirler. Ayrıca elektrik üretiminde kullanılan senkron jeneratörlerinde kullanılmasıyla üretimde verimin artmasına ve boyutların küçülmesine neden olurlar

Yaygın olarak kullanılmayışının ise iki cevabı var;
1- Birincisi yukarıda da bahsettiğimiz gibi bir süper iletkenlik durumunun gerçekleşmesi için oda sıcaklığının çok çok altında bir sıcaklığa ihtiyaç duyulması,

2- Ä°kincisi ise tahmin edebileceÄŸiniz gibi maddi kaynaklar.

Bilim adamları maddeleri oda sıcaklığında süper iletken hale geçirmeye çalışa dursunlar. Bizde konumuza geri dönelim.

Şimdi sıra sizleri şaşırtmaya geldi...

En iyi iletken nedir?
Yani en iyi iletken deyince aklınıza hangi metal geliyor? Altın diyenleri duyar gibiyim. Eğer sizde Altın diye düşünüyorsanız yanılıyorsunuz. Böyle düşünmenizin ana sebebi araştırma ihtiyacı duymadan tüm bilgileri özümsemeniz ve internetin yaygınlaşması sonucu yanlış bilgilerin yayılması.

Aslında burada şöyle bir soru daha sormak gerekiyor, Isıl iletkenlik mi, elektriksel iletkenlik mi?
Isıl iletkenlik ya da termal iletkenlik, fizik'te malzemenin ısı iletim kabiliyetini anlatan bir özelliktir ve ( k ) harfi ile ifade edilir.

Isı miktarı ( Q ) ile tanımlandığında, malzemenin kalınlığı ( L ) ve birim zaman ( t ) , ısı geçişinin olduğu yüzey alanı ( A ) ve ısı geçişine sebep olan sıcaklık farkı ( ΔT ) ile ifade edilirse, sürekli rejim şartları altında ve ısı transferi sadece sıcaklık gradyenine bağlı olduğunda;

Isıl iletkenlik = ısı akış oranı × mesafe / (alan × sıcaklık farkı)

olarak ifade edilir.

 

Çoğu malzemenin ısıl iletkenliği ile elektrik iletkenliği arasında bir bağ yoktur. Örneğin, çok yüksek elektriksel iletkenliği olan gümüşün ısıl iletkenliği, elektriksel yönden bir yarı-iletken olan elmastan çok daha düşüktür. Bunun sebebi elektronlar değil, fononlardır. Fonon kristal yapıdaki titreşim düzeni ile ilgilidir.

Metallerde ise, ısıl iletkenlik, yaklaşık olarak elektriksel iletkenliği izler. Benun sebebi, metallerde serbest hareketli elektronların yalnızca elektriği değil, ısı enerjisini de iletmesidir.

Yukarıda da belirttiğim özellikler göz önüne alındığında hem elektriksel olarak hemde ısıl olarak en iyi iletken Gümüştür. Şöyle ki; gümüşün, uygulanan elektrik alanının, birimi başına oluşan hacimsel akım yoğunluğu olarak tanımlanan öz direncinin, ölçüm değeri, ‘mikro ohm santimetre’ birimi cinsinden 1.6 μΩcm’dir. İletkenlik sıralamasında; gümüşten sonra bakır, sonra altın gelir. Bakır ve altının öz dirençleri ise, sırasıyla; 1.7 ve 2.2 μΩcm’dir.

Isıl iletkenlik yönünden de aynı sıralama geçerlidir. Gümüş, Bakır ve Altın. Bunların değerleri ise şu şekildedir. Gümüş: 429 W/(m·K); Bakır: 401 W/(m·K) ve Altın ise: 317 W/(m·K)

Peki neden USB uçlarında veya kablo jacklarında altın kaplama kullanılıyor?
Bunun sebebi olarak çoğunlukla altının en iyi iletken olduğu sanılır fakat sebep bu değildir. Altın kaplama kullanılmasının asıl sebebi; Altın'ın Gümüş ve Bakıra nazaran korozyona uğramamasıdır. Gümüş ile Bakır, Altın'dan daha iyi iletken olmasına rağmen zamanla karararak korozyona uğrarlar. Bu nedenle hassas iletkenlik gereken yerlerin hava ile temas eden yüzeylerinde altın kaplama kullanılmaktadır. USB vb. ev teknolojisinde ise Altın kaplama jack kullanılması tamamen pazarlama stratejisidir.

Yinede buna karşı çıkacaklar olacaktır. Bunun içinde sanırım en iyi cevabı periyodik cetvel verecektir. Sıralama en kötüden en iyiye göre yapılmıştır.

Merak edenler TIKLASIN

Gümüş'ün periyodik cetvel özellikleri için TIKLAYIN
Bakır'ın periyodik cetvel özellikleri için TIKLAYIN
Altın'ın periyodik cetvel özellikleri için TIKLAYIN

Yani neymiş en kötü iletken altınmış :)

AS-5'in uzun süre en iyi termal macun olarak kalmasının sebebi, içerisinde gümüş tozları barındırmasıdır...

En iyi iletken GÜMÜŞ olmasına rağmen en yaygın iletken olarak BAKIR kullanılmasının sebebi ise tahmin edeceğiniz üzere nedir??? MALİYET....


Yazı dizimizin bir sonraki bölümü olan "Hava ile Soğutma" da görüşmek üzere.