Algilamanin elektriksel temel prensipleri

1
Algilamanin elektriksel temel prensipleri

• Seebeck, volta, thomson, piezoelektrik,piro,
  peltier, isilçiftler

2
THOMSON ETKISI
3
Sunum basliklari

• TARIHÇE
• TANIM
• KONU IÇERIGI
• THOMSON ETKISININ BAGLI OLDUGU SEBEPLER

4
TARIHÇE
ISKOÇYALI BIR FIZIKÇI OLAN WILLIAM THOMSON
1824DE IRLANDADA DOGMUS VE 1907DE ISKOÇYADA
ÖLMÜSTÜR. W.THOMSON ÖZELLIKLE ISI VE ELEKTRIKLE
ILGILI INCELEMELER YAPMISTIR. 1851DE W.THOMSON
ÜÇÜNCÜ TERMOELEKTRIK ETKI OLAN THOMSON ETKISINI
YAPMIS OLDUGU INCELEMELERLE ORTAYA KOYMUSTUR
5
TANIM

• THOMSON ETKISI BIR ILETKENIN IKI UCUNUN
  FARKLI
• SICAKLIKLARDA TUTULUYOR OLDUGU DURUMDA
• UYGULANAN AKIMIN YÖNÜNE BAGLI OLARAK
• ENERJININ ILETKEN ÜZERINDE SOGURULMASI VEYA
• BIRIKMESI OLAYINA VERILEN ISIMDIR

6
KONU IÇERIGI
THOMSON ETKISI ISITMADA VEYA SOGUTMADA HOMEJEN
BIR ILETKEN ÜZERINDEN AKIM GEÇTIGI SÜRECE
SICAKLIK GRADYENININ MEYDANA GELDIGINI IFADE
ETMEKTEDIR
7
KONU IÇERIGI

• IKI FARKLI METAL IKI UÇLARINDAN BIRLESTIRILSIN.
• BU DURUMDA IKEN, EGER UÇLARINDAN BIRISI T1
• SICAKLIGINA ÇIKARILIR VE DIGER UÇ DA DAHA DÜSÜK
• BIR T2 SICAKLIGINDA BIRAKILIRSA DEVRE IÇERISINDE
• BIR AKIM OLUSUR.
• OLUSAN BU ETKI IKI, FARKLI METALIN BIRLESIM
• NOKTASINDA BIR ELEKTRIKSEL GERILIM MEYDANA
• GELMESINDEN ÖTÜRÜ ORTAYA ÇIKAR.BU ELEKTRIKSEL
• GERILIM, BIRLESME NOKTASININ SICAKLIGINA BAGLI
• OLUP, METALLERIN FARKLI ELEKTRIKSEL VE TERMIK
• ÖZELLIKLERINDEN ILERI GELIR

8
KONU IÇERIGI
BIRAZ DAHA BASITE INDIRGENMIS OLARAK, DAHA YÜKSEK
BIR SICAKLIK DERECESI OLAN T1 DE, ELEKTRONLAR
DAHA AZ SICAK OLAN UÇTA BULUNAN, HER IKI
METALDEKI ELEKTRONLARA KIYASLA DAHA YÜKSEK TERMIK
ENERJI IÇERMEKTE VE BU ELEKTRONLAR, T2 SICAKLIK
DERECESINE SAHIP UCA DOGRU HAREKET
ETMEKTEDIR.TANIMDADA GÖRÜLDÜGÜ GIBI THOMSON
ETKISI ENERJININ ILETKEN ÜZERINDE BIRIKMESI
OLAYIDIR.
9
THOMSON ETKISININ BAGLI OLDUGU SEBEPLER

• SÖZ KONUSU OLAN
• T1 SICAKLIGINA
• T2 SICAKLIGINA
• KULLANILAN METALLERIN CINSINE
• AKIMIN YÖNÜNE BAGLIDIR

10
SEEBECK ETKISI VE VOLTA ETKISI
11
SEEBECK ETKISI Iki ayri cins iletkenin
(demir_nikel gibi) sekil1-ada görüldügü gibi
birer uçlari bir birine kaynak edip, diger
uçlarini da bir galvonemetreye baglayalim.
Olusturulan sistemin kaynak noktasi isitilirsa,
galvonemetre göstergesinin saptigi görülür.
12

• Burada birlesme noktalari isitilan
  iletkenlerin, soguk kalan A-B uçlari arasinda bir
  E.M.K dogar. Böylece galvonometreden bir D.C
  akim geçer.
• Bu akimin degeri belli bir sicakliga kadar
  artip bir dönüm noktasina geldikten sonra azalir
  (sekil1-b) E.M.K.nin bu dönüm noktasindaki
  sicaklik derecesine kritik sicaklik denir

13
(No Transcript)
14

• sekil1-b Termik gerilimin sicaklikla
  degisimi

15

• VOLTA ETKISI(OLAYI)Yukardaki deneyde
  iletkenlerin degme noktalari, isitilacak yerde
  sogutulursa yine bir E.M.K. olusur ve akimin yönü
  degisir. Bu olaya, termoelektrik olayi veya
  volta olayi denir. Iletkenlerde meydana gelen
  bu gerileme termoelektrik gerilimi, iki farkli
  metalin olusturdugu sisteme termoelektrik çift
  (veya termokupl), bu çiftin devresinden geçen
  akima da termoelektrik akimi denir.

16

• Termoelektrik gerilim degeri yalniz
  sicakliga bagli degil, çifti meydana getiren
  metallerin cinsine de baglidir. Aslinda bütün
  farkli metaller termoelektrik etkisi gösterirler.
  Ancak bazi çiftler daha iyi termoelektrik olayi
  meydana getirirler. Örnegin 700ºC için
  platin_platin radyum çiftinde 4mV, Nikel
  krom_Nikel çiftinde 28 mV, Demir-konstantan
  çiftide 40mV termik gerilim olusturmaktadir.
  Buradaki çiftlerde ayni sicaklikta olusan
  gerilimlerin farkli oldugu ortadadir.

17
(No Transcript)
18
(No Transcript)
19

PIEZOELEKTRIK
20
Kullandigimiz platin çakmaklar nasil oluyor da
elektrik üretebiliyorlar,saatlerin üstündeki
quartz yazisi ne anlama geliyor hiç merak
ettiniz mi? Iste bu yazi da bu sorularin
cevaplarini bulabilirsiniz.
21
Piezoelektrik sözcügünün fiziksel ifadesi
sanildigi kadar anlasilmaz ve karmasik degil.
Latince bastirmak-press anlamina gelen
piezoon ekinden türetilen piezoelektirk
kavrami basitce, üzerine mekanik bir basinç
uygulanan bazi kristal ve seramik malzemelerde
bir elektriksel gerilimin olusmasi olarak
tanimlanabilir. Piezoelektrik etki denen bu
olgunun terside söz konusu.
22
Piezoelektrik olguyu bulan kardesler Pierre
Curie ve Paul jacques Curie ,bazi kristal
türlerinin,üzerine bir agirlik kondugunda yada
eksenleri boyunca sikistirildiklarinda,kristalin
yüzeyleri arasinda bir gerilimin olustugunu
gözlemlemislerdi.Piezoelektrik etki adini
verdikleri bu olayin kesfini bir yil sonrada ters
piezoelektrik etkinin açiklanmasi izledi.
23
                                                                         
24
(No Transcript)
25
Piezoelektrigin matematiksel ve kristalografik
teorisi ise,kesiften birkac yil sonra
tamamlandi.Curie kardeslerin üzerinde
çalistiklari ilk kristal türleri,bugün de hala
kullanilmakta olan,kuvars,turmalin ve rochelle
tuzu olmustu.Bugün daha fazla kristalin yani sira
bircok seramik malzemede bu amaç için
kullaniliyor. 
26
PIEZOELEKTRIK ETKININ OLUSUMU Bilindigi gibi
kati maddeler yüklü parçaciklardan olusur ve bir
kati madde içindeki negatif ve pozitif yüklü
parçaciklar dengededir(yani kati madde
elektriksel olarak yüksüzdür).Ancak mekanik bir
yolla malzeme üzerine bir kuvvet uygulamak,yüzey
yüklerinin olusmasina neden olabilir.Bir
kristalde piezoelektrik özelligin gözlenmesi,bu
yüzey yüklerinin olusmasina baglidir.
27
Fakat simetri özellikleri bu yüklerin olusmasi
için gerekli kosullari kisitlamaktadir.Bu nedenle
simetri merkezi olmayan kristaller bu is için en
uygun malzeme grubunu olusturmaktadir.Elektriksel
olarak yüksüz ve yapisal simetri merkezi
bulunmayan bir kristale uygulanan basinç,arti
yüklerin merkezi ile eksi yüklerin merkezinin
birbirlerinden hafifce ayrilmasina ve kristalin
karsilikli yüzeylerinde zit yüklerin ortaya
çikmasina neden olur.
28
Yüklerin bu sekilde ayrilmasi bir elektrik alani
yaratir ve kristalin karsilikli yüzeyleri
arasinda ölçülebilir bir potansiyel farki
olusur.Piezoelekrik etkiyi ifade eden bu sürecin
terside gecerlidir.Ters piezoelektrik etkide
de,karsilikli yüzeyleri arasina bir elektrik
gerilimi uygulanan bir kristalde boyutsal bir
sekil degisimi olusmaktadir.
29
Piezoelektrik malzemeler,baslica iki malzeme
grubundan olusurkuvars ve turmalin gibi dogal
olarak piezoelektrik etki gösteren kristaller ile
kutuplanma sonrasinda piezoelektrik etki gösteren
ferroelektrik malzemeler.
30
Kullanim alanlariGünümüzde birçok kristalin
piezoelektrik özelliginden yararlanilmakta ve
herbirinin,kendine özgü özellikleriyle farkli
kullanim alanlari ortaya çikmaktadir.Piezoelektrik
kristaller,her tür elektronik donanimda,çakmaklar
da,masa ve kol saatlerinde,akustik ve hassas
ölçüm yapan mikroskoplarda,yüksek frekansta ses
üretimi için ultrasonik aygitlarda,yari-iletken
ve entegre devre teknolojilerinde,en hassas
termometrelerin yapiminda oldugu kadar,günlük
hayatimizda kullandigimiz daha bir cok aygitta
kullanilmaktadir.
31
Kol saatlerinin içlerinde bulunan kuvars(quartz)
kristaline kol hareketlerimiz vasitasiyla basinç
uygulariz,ve böylece saatin belli bir miktar
enerji gereksinimini karsilamis
oluruz.Kullandigimiz çakmaklarda da durum
böylediratesleme butonuna basmamizla çakmak
düzeneginde bulunan kuvars kristaline basinç
uygulamis oluruz ve olusan elektrik akimi bir aki
halinde geçis yaparken gazi tutusturur.Günümüzde
her ne kadar compact discler kullaniliyorsa da
pikaplarda da piezoelektrik düzeni islemektedir.
32
Pikap üzerine titresimler yoluyla açilan
çukurlara kaydedilen ses,pikap çalicilarin
ignelerine yerlestirilen piezoelektrik maddenin
yardimiyla,igne ses çukurlarindan geçerken
titresimlerin tekrar elektrik akimina dönüsüp
cihaz tarafindan islenebilmesini saglar.Böylece
nostalji her daim yasanilmaya layik kilinir.
33
II.Dünya savasinda uçaktan atilan bombalarin
patlama düzeneklerinde de piezoelektrik
kristaller kullanilmistibomba yere
çarpinca,bombanin ucuna yerlestirilmis kristal
bir elektrik gerilimi olusturuyor,buda bombanin
patlamasini sagliyordu.
34
Bu denli cok kullanim alani olmasina karsin daha
fazla uygulama alani için,yeni piezoelektrik
malzemeler üzerinde yapilan çalismalar,kati hal
fiziginin gittikçe önem kazanan bir alanini
olusturuyor.Ve bu arastirmalarin temel
hedefi,yüksek sicakliga karsi dayanikli ve daha
küçük boyutlarda devre elemanlari ile
cihazlaryani gelecegin teknolojilerini üretmek.
35
PIROELEKTRIK ETKI
36
Bir kristalde meydana gelen sicaklik degisimleri
polar bir eksenin,zit uçlarinda pozitif ve
negatif yüklerin gelismesine sebep olur. Bu
özellige piroelektriklik denir ve sadece polar
eksenli kristallerde gözlenir. Tek polareksenli
olan on kristal sinifinin kristalleri, gerçek
veya birincil piroelektriklik gösterirler.
37
Örnegin, turmalin bu grupta yer alir ve bir polar
ekseni (c) vardir. Kuars ise üç polar (a)
eksenlidir fakat bu grupta yer almaz. Fakat kuars
gibi polar eksenli olan diger kristaller de
sicaklikla piroelektriklik gösterebilirler..
38
Bu kristallerde polarizlenme, farkli isi
genlesmesinden kaynaklanan deformasyon sunucunda
olusan piezoelektriklikle meydana gelir 100 oC
dolayinda isitilan kuars sogurken birbirleri ile
ardalanan üç prizma kenarinda pozitif yük diger
kenarlarinda ise negatif yük gelisir. Buna
ikincil piroelektrik polarizasyonu denir
39
KULLANIM YERLERI

• Piroelektrik malzemeler, askeri, sanayi ve
  uzay arastirmalarinda sicaklik degisimine duyarli
  sensörler olarak, yaygin birsekilde
  kullanilmaktadir.Bunlardan bazilari su sekilde
  siralanabilir

40

• termal kameralar
• gece görüntüleme cihazlari
• hirsiz ve yangin alarmlari
• gibi güvenlik sistemleridir.

41
(No Transcript)
42
(No Transcript)
43
Bu tür sensörler LB film teknigi yardimi ile daha
hassas ve daha düsükmaliyetile üretilebilir

• Çevre kirliliginin ölçülmesi ve önlenmesinde
  kullanilacak gaz sensörleri LB film teknigi
  yardimi ile üretilebilir
• Organik LB filmleri telekomünikasyon
  endüstrisinde,
• optik anahtar,

44
Elektronik sanayisinde

• Baski devre üretimlerinde
• Süperiletkenlik çalismalarinda,
• Elektronik cihazlarda kapasitör olarak
  kullanilabilir

45

• Ayrica pir algilayicilarda da piroelektrik
  malzeme kullanilmaktadir

46
PIR
47
(No Transcript)
48
Piro sensorü
49
(No Transcript)
50
ISILÇIFT ETKISI
51
1. Termokupllar (Thermocouple, Isil Çift)

• Yüksek sicakliga sahip bir ortamin (firin,
  ocak, kazan vb.) sicaklik degerini klâsik
  termometrelerle belirleyemeyiz. Bu gibi
  durumlarda kullanabilecegimiz iki eleman,
  termokupl temelli ölçme devresi ve direnç temelli
  (termorezistans) ölçme devresidir .

52

• Termokupl temelli ölçme sisteminde isiyi
  gerilime çeviren bir yapi vardir. Direnç temelli
  ölçme sisteminde ise isiya göre direnci degisen
  elemanlar mevcuttur. Direnç temelli ölçme sistemi
  daha çok düsük sicakliklarin (200 ilâ 850 C)
  ölçülmesinde kullanilmaktadir.

53
2. Termokuplun yapisi

• Bir uçlari birbirine baglanmis iki farkli
  metalin (demir ve konstantan gibi) birlesim
  yüzeyleri isitilarak elektrik akimi elde etmede
  kullanilan cihazlara termokupl denir.
  Termokupllar -200C ilâ 2000C arasindaki
  sicaklik ölçümlerinde kullanilan güvenilir ve
  ekonomik endüstriyel algilayicilardir

54

• Termokuplda olusan elektrik akimi, birlesim
  noktasinin sicakligina bagli olup, metallerin
  farkli elektriksel ve termik özelliklerinden
  ileri gelir. Baska bir deyisle, yüksek sicaklik
  olan bölümdeki elektronlar yüksek termik enerji
  içermekte ve bu elektronlar soguk bölgeye dogru
  hareket etmektedir. Bu islem sonucunda ise çikis
  uçlarinda mikrovolt ile milivolt düzeyinde bir
  gerilim dogmaktadir.

55

• Termokupllarin ölçüm yapan kismi açik (çiplak)
  olarak firin içine konmaz. Çünkü, yüksek
  sicakliklari ölçmede kullanilan termokupllar
  oksidasyon yani küflenme ve diger dis etkenler
  elemani çabuk bozar. Bu nedenle isiyi algilayan
  kisim, oksidasyonu önleyici gaz doldurulmus,
  koruyucu boru (kilif) içine yerlestirilir.
  Termokuplun isiya maruz kalan kismini koruyan
  silindirik yapili tüp 1200 C a kadar metalden,

56

• 1200 C un üzerindeki sicakligin söz konusu
  oldugu yerlerde ise seramik malzemeden üretilir.
  Termokuplda üretilen gerilimin, ölçümü yapan
  cihaza kadar ulastirilmasinda özel yapili
  kablolar kullanilir. Kullanilan kablolarin
  yalitkan tabakasi isiya dayanikli silikon-kauçuk,
  cam elyafi-asbest vb. gibi malzemelerden
  üretilir.

57

• Termokupl seçimi rastgele degil, ölçülecek olan
  sicakligin degeri gözönüne alinarak yapilir.
  Söyle ki plastik üretim endüstrisinde sicaklik 0
  ilâ 400 C arasinda, demir çelik sanayiindeki
  sicaklik ise 0 ilâ 1800 C arasindadir. Bu
  sicaklik farkliligi nedeniyle seçilecek termokupl
  da ayri tipte olacaktir

58
3. Uygulamada Kullanilan Bazi Termokupl Tipleri

• Bakir-konstantan birlesimi termokupl
• Demir-konstantan birlesimi termokupl
• Nikel krom-nikel birlesimi termokupl
• Platin radyum-platin birlesimi termokupl
• Kromel-konstantan ve Kromel-alumel termokulp

59
4. Çesitli Tip Termokupllarin Kullanildigi
Sicakliklar

• Cu-CuNi -200 ilâ 300 C
• Fe-CuNi -200 ilâ 800 C
• NiCr-Ni 0 ilâ 1200 C

60
5. Termokupllarin Kullanim Alanlari

• Termokupllar uygulamada çok yüksek
  sicakliklarin ölçülmesinde kullanilir. Yani,
  demir-çelik, çimento, seramik, cam, kimya,
  petrol, gida, kâgit vb. sektörlerde termokupllu
  sicaklik ölçme düzeneklerine rastlariz..

61
ENDÜSTRIYEL ÖLÇME

• HAZIRLAYAN VE SUNAN
• MUHARREM HALLAÇLIOGLU
• 041211055
• ÖGRETIM ELEMANI
• ARS.GÖR. ISMAIL SERKAN ÜNCÜ

62
PELTIER ETKISI

• Iki farkli malzemede yapilmis metal
  tellerin olusturdugu elektrik devresine
  disaridan bir akim verildiginde, bu tellerin
  baglanti noktalarinda, Joule isinma etkisinden
  farkli sekilde akimin yönüne bagli olarak ya
  ilave bir isinma ya da soguma ortaya
  çikmaktadir. Bu olaya Peltier etkisi adi
  verilmektedir.

63

• Söz konusu malzeme genellikle seramik iki yüzey
  arasina P-N yüzey birlesimli bir yariiletkenin
  yerlestirilmesiyle olusturulan ve /- polariteli
  bir malzemedir.

64

• DC gerilimle beslemeyi gerektiren 2x2 cm ve 15
  watt güçte olanlarinin yanisira 4x4 cm 80-100
  watt'a kadar olan güçlerde imali vardir.
  Yükseklikleri 3-4 mm civaridir. Yaklasik 10-17.5
  volt DC arasi besleme gerektirir. Verimleri çok
  düsüktür ve yaklasik 50 verimle çalisirlar.
  Örnegin 2x2 cm ebatlarinda olan 15.75 watt
  gücünde bir peltier effect termoelektrik modül
  9.75 voltta 3 amper akim çekerek bu güce ulasir.
  Ama harcadigi elektrik gücü nerdeyse 30 watt'tir.
  Yanda
• tipik bir modülün resmini görebilirsiniz.

65

• Malzemenin ilginç bir özelligi de sicak seramik
  kismi isittiginizda veya soguk seramik kismi
  soguttugunuzda uçlarinda elektrik enerjisi
  olusmasidir. Gerek küçük yapisi gerekse basit
  bir DC kaynakla besleniyor olmasi avantaj gibi
  görünse de bu modülleri isitma veya sogutma
  amaciyla tek baslarina kullanmak olasi degildir.
  Enerji verildiginde bir yüzleri çok hizli bir
  sekilde sogurken, diger yüzleri ayni oranda ve
  hizda isinir. deltaT yaklasik 70-80 santigrad
  derecedir. (saniyede 10 derecelik bir degisimdir
  yaklasik olarak...) Her iki yüzlerine de uygun
  ebatta birer aliminyum veya bakir radyatör takmak
  ve fan baglamak, iki yüzeyi isil olarak yalitmak
  sarttir.

66
PELTIERIN KULLANIM ALANLARI

• Bilgisayarlarin islemcilerinin sogutulmasinda
  kullanilabilir.Burada dikkat edilecek nokta
  enerji kesildiginde peltier üzerinde birikmis
  olan isi islemciye geçmektedir.Bunu engellemek
  için islemci ile peltier arasina bakir yada
  alüminyum sogutma levhasi konur.

67

• Bu resimde görülen sistemde 4 adet peltier modül
  kullanilmis ve orta kisimdaki delikten bir boru
  ve içinden geçen suyun sogumasi hedeflenmistir.
  Radyatör görevi gören dört bir taraftaki kanatli
  aliminyum sogutucular, resimde görülmedigi halde
  bir fanla sogutulmakta ve tek baslarina yeterli
  gelmemektedirler. Peltier effect'in kendisi çok
  çok pahali olmasa da gerektirdigi aliminyum
  sogutucular ve en düsük güçlüsünün bile ihtiyaç
  duydugu ekstra 30-35 wattlik güç kaynagi
  (adaptör) ve fanlar epeyce bir maliyet getirecegi
  gibi fazlaca yer kaplayacak ve kutu dizayninda
  sorun çikartacaktir.

68

• Termoelektrik sisteme göre çalisan ve
  sogutabildigi gibi isitma özelligine de sahip
  sogutucular, hobi ve uzun araba yolculuklari için
  idealdir.