Nedir Son Makaleler

DİRENÇ NEDİR? NASIL ÖLÇÜLÜR?

Tarafından yazılmıştır admin

George Simon Ohm

Direnç aslında isim olarak birçok çağrışım yapıyor; ısıl direnç, suyun direnci, elektriksel direnç gibi. Elektriksel direnç serüveninden bahsedecek olursak Ohm, ilk kez Alman bilim insanı George Simon Ohm tarafından bulunduğu için onun soyadıyla anılan elektriksel ölçü birimidir. Direnç; herhangi bir malzemenin üzerinden elektrik akımı geçişine ne derece izin verip vermediğinin bir ölçüsüdür.

Örneğin gümüş en iyi iletkendir, bir başka deyişle dünyada elektriksel direnci en düşük metaldir. Plastik malzemeler ise direnç değeri çok yüksek malzemelerdir ve yalıtkan olarak adlandırılırlar.

Direnç kullanımı birçok sektörde yer almaya başladı ve bu alanlarda vazgeçilmez hale geldi. Elektronik devrelerde ise akım akışını kontrol etmek amacıyla kullanılabileceği düşünülmüş ve istenilen değerde elektriksel dirence sahip komponent direnç üretilmeye başlanmış durumda. Direnç, şu an elektronik devrelerin en temel yapıtaşlarından biridir. Düşünün, elektronik devrelerde direnç kullanılamasaydı şu an televizyon izliyor olamazdık, telefon ile konuşamazdık, hiçbir elektronik cihaz olamazdı. Hakkında bu kadar az şey bildiğimiz bir şeyin modern hayat için bu kadar önemli olması şaşırtıcı değil mi? Teknolojinin bugün geldiği seviye direnç ölçümündeki doğruluğun, trilyonda 10 dan daha düşük bir George Simon Ohm seviyede olmasını gerekli kılıyor.

Peki neden bu kadar hassas ölçümlere gerek duyuyorz? Bunun birden çok nedeni var. En önemlisi yüksek teknolojik ürünlerin gitgide hayatımızda daha fazla yer tutmaya başlaması. Bunun yanında kaliteli ürün üretmenin firmalar için çok daha hayati önem arz etmeye başlaması. Mesela Hubble Uzay teleskobunu uzaya fırlattınız ama teleskobun içindeki elektronik devrelerdeki dirençlerin değerlerini gerekli doğrulukta belirlemediniz. Sonuç, teleskop ile bir daha iletişim kuramamanız olabilir. Ya da dirençlerin bir yıl sonraki değerlerini iyi tahmin edemediniz. Sonuç: aynı. Hatalı ölçmenin sonucu, füzelerin hedeflerini istenilen kesinlikle vuramamalarından, uydular ile haberleşememeye, televizyon yayınlarının karlı görünmesine kadar çeşitli alanlarda ve ölçeklerde karşımıza çıkabilir.

Sıcaklığı doğru ölçemeseydik, ulusal uzunluk standardını istediğimiz kadar hassas ölçemezdik, çünkü standardın sıcaklığını gereken kararlılıkta tutamazdık. Buradan şu tuhaf ama gerçek bir başka sonuca varabiliriz: Direnci doğru ölçemezsek uzunluğu da doğru ölçemeyiz.

Peki George Simon Ohm’un 1826’da bulduğu elektriksel direnci daha hassas ve doğru ölçmek için bugüne kadar yaklaşık 180 yıldır neler yapıldı?

1868 yılında 1 Ohm, 1 m uzunluğunda 1 mm2 kesit alanı olan cıva sütununun gösterdiği direnç olarak tanımlandı. 1881 yılına gelindiğinde çeşitli ülkelerde kullanılan 15 değişik direnç birimi vardı. Bunlardan biri 1 km uzunluğunda ve 4 mm çapında demirden yapılmış telgraf telinin direnç tanımıydı ve senelerce direnç prototipi olarak kullanıldı. Direnç,1884 yılında 106 cm uzunluğunda ve 1 mm2 kesit alanı olan cıva sütununun buzun erime sıcaklığında gösterdiği direnç olarak yeniden tanımlandı. Tüm bu arayışlar hep tüm dünyada aynı sonucu verecek ve değişmeyecek bir direnç standardının belirlenmesi içindi. 1958 yılında Avusturalya Metroloji Enstitüsü’nde Thompson ve Lampard isimli iki bilim insanının çalışmalarının sonucu olarak bir başka elektriksel birim olan kapasitans, milyarda 200-500 hassasiyetle ölçülmeye başladı. Bunun ardından 1960’lı yıllarda direnç değeri bu kapasitans değeri kullanılarak elde edilmeye başlandı. O zaman elde edilen hassasiyet milyarda 500 civarında idi.

 

Gelelim 1980’e…1980 yılının 4 Şubat’ını 5 Şubat’a bağlayan gece Almanya’da bulunan Max Planc Enstitüsündeki laboratuvarında çalışan Klaus von Klitzing isimli Alman araştırmacı o akşam uzun süredir yaptığı bir deneyin sonucunu anlamaya çalışıyordu. Yaptığı hesaplar sonucunda o akşam defterine şekilde görülen formülü yazdı ve bu formül kendisine 1985 yılının Nobel Fizik Ödülü’nü kazandırdı.

Klaus von Klitzing 5 yıldır bir problem üzerinde çalışıyordu. Uzun süren çalışmalarının sonucunda elde ettiği sonuç onu çok heyecanlandırmıştı. Yaptığı çalışmanın sonuçlarını yayınlamak için 2 ay sonra bilimsel bir dergiye (Physical Review Letters) başvuru yaptı ve yeni bir direnç standardının bulunuşu ile ilgili bir makale gönderdi. Ne oldu dersiniz? Düşündüğünüz gibi makale coşku ile karşılanmadı. Makaleyi değerlendiren hakemler onun gibi heyecanlanmadı. Sonuçta dergi hakemleri makaleyi yayınlamaya değer görmedi.

21.yüzyılda tüm dünyada uluslararası direnç standardı olarak kabul edilen ve kullanılan bu buluşu direnç standardı olarak kullanılamayacağı gerekçesi ile reddedildi. Von Klitzing makalede birkaç değişiklik yapıp direnç standardı vurgusunu kaldırınca, aynı dergi de o zamana kadar yayınladığı yayınlar içerisinde çok önemli bir yere sahip olacağını bilmeden makaleyi yayınladı.

Klaus von Klitzing

O gün bugündür Von Klitzing’in bulduğu bu etkiye Quantum Hall Etkisi, direnç standardına da Quantum Hall direnci deniyor. Quantum Hall direnci 1990 yılında tıpkı Planck sabiti ya da Avagadro sabiti gibi diğer sabitler arasında yerini alıyor ve RK-90 von Klitzing sabiti olarak isimlendiriliyor.

Bugün her bilgisayarda, her bir bellek hücresinde milyonlarca adet bulunan transistörler ve yarı iletkenler üzerinde çalışan von Klitzing, bir yarı iletkenin gösterdiği direncin belli ortam şartları sağlandığı takdirde h/e2 ve bunun tam sayı bölenlerine eşit olduğunu gösterdi. Unutmadan; burada h’nin planck sabiti, e’nin de bir elektron yükü olduğunu belirtelim. Tabii buradaki “belli ortam şartları” o kadar da kolay şartlar değil. Bir kamyonu kaldırmaya rahatlıkla yetecek bir manyetik alan (10 Tesla) ve -270 °C sıcaklık… Von Klitzing’in ilk çalıştığı su soğutmalı ve neredeyse 50.000 kişilik bir şehrin gereksinim duyduğu elektrikle çalışan yüksek manyetik alan üreteci uzun süreli deneyler yapmak için uygun değildi. Bu nedenle deneyine devam edebilmek için daha iyi şartlara sahip Almanya’nın Metroloji Enstitüsü’ne (PTB) başvurdu, neyse ki bu sefer reddedilmedi. PTB’deki süper iletken teller kullanılarak çalışan yüksek manyetik alan üreteci uzun süreli testler için von Klitzing’in hizmetine sunuldu ve deneyler sonucunda milyonda 1 doğrulukta bir direnç standardı elde edildi. Dünyada 1980-1990 arası yapılan çalışmalar sonucunda Quantum Hall direnci milyarda 10’dan daha düşük bir doğrulukla ölçülmeye başlandı. 1985 yılında da Klaus Von Klitzing Nobel Fizik Ödülü’nü almaya hak kazandı.

Ülkemizde Direnç Ölçümleri

Metroloji ya da ölçme bilimi gün geçtikçe ülkemizde de önem kazanıyor. Bunun nedenleri ülkemizde teknolojinin yalnızca kullanılması değil aynı zamanda üretilmeye başlanması, gelişmiş ülkelere yaptığımız sanayi ürünleri ihracatının artması ve ülkemizde de kaliteli tüketim mallarına olan talebin artması.

Quantum Hall direnç sistemi

Ülkemizde ölçme bilimi araştırmalarının yapıldığı ve en hassas ölçüm sistemlerinin bulunduğu kurum TÜBİTAK Ulusal Metroloji Enstitüsüdür (UME). Konumuzla bağlantı kuracak olursak ülkemizde en hassas ve doğru direnç ölçümlerinin yapıldığı, Quantum Hall direnç sisteminin bulunduğu laboratuvarlar bu enstitüde yer almaktadır.

Ülkemizdeki Ulusal Metroloji Enstitüsü’nden dünyada her gelişmiş ve gelişmekte olan ülkede bir tane bulunuyor. Bu enstitüler ölçüm konularında ülkelerindeki en hassas ölçümleri yapıyorlar. Örneğin elinde 1 kg’lık bir kütle bulunan bir kişi bu kütleyi Türkiye’de ölçtürdükten sonra aldığı sertifikayı Almanya’da kullanabiliyor. Alman Metroloji Enstitüsü TÜBİTAK UME’nin ölçümlerini tanıyor. Bu durum İngiltere, Fransa ya da Rusya için değişmiyor. 1999 yılında TÜBİTAK UME ve dünyadaki diğer metroloji enstitüleri (şu anda 74 ülke enstitüsü) “Karşılıklı Tanınma Anlaşması” imzalamıştır.

Değeri bilinmeyen bir direnç standardını her enstitü tek tek ölçüyor. Ölçüm sonuçları konusunda birbirleri ile görüşmeleri yasak… Tüm sonuçlar yalnızca bir hakem enstitüye gönderiliyor. Bu hakem enstitü de ölçümler biter bitmez sonuçları yayınlıyor. Sonuçlarda enstitülerin sonuçlarının ortalama değerden ne kadar saptığı belirleniyor. Bu sonuçları isteyen herkes internetten görebiliyor.

Quantum Hall Direnci’nden elde ettiği değeri daha alt seviyedeki dirençlere aktarmak için birçok ölçüm cihazı ve dirençten oluşan bir sistem kuran UME, sürekli alınan ölçümlerle direnç ölçüm doğruluğunu iyileştirmekte ve muhafaza etmektedir.

 

 

KAYNAK: Bilim ve Teknik

 

Yazar Hakkında

admin

%d blogcu bunu beğendi: