• ATOM ve YAPISI
Elementin özelliğini taşıyan en küçük parçasına denir.

Atom Numarası
Bir elementin unda bulunan proton sayısıdır. Protonlar (+) yüklü olduklarından pozitif yük sayısı ya da çekirdek yükü şeklinde ifade edilebilir.

eşitliği yazılabilir.
Nötr (yüksüz) bir için, çekirdekte kaç proton varsa çekirdeğin etrafındaki yörüngelerde de o kadar elektron dolaşır.

İYON
(+) veya (–) yüklü ya da gruplarına iyon denir.

• elektron verirse (+) yüklü iyon oluşur ve katyon olarak isimlendirilir.
• elektron alırsa (–) yüklü iyon oluşur ve anyon olarak isimlendirilir.

Bir X atomu için; gösterilir.
Buradan nötron sayısı, elektron sayısı bulunabilir.

İZOTOP
numaraları aynı kütle numaraları farklı olan atomlara izotop atomlar denir.
birbirinin izotopudur.

• İzotop atomların kimyasal özellikleri aynıdır. Fiziksel özellikleri farklıdır.
• İzotop iyonların elektron sayıları farklı ise kimyasal özellikleri de farklıdır.

• Elektron dalga özelliği göstermektedir.
• Atomdaki elektronun aynı anda yeri ve hızı bilinemez.
• Elektronların bulunma ihtimalinin fazla olduğu küre katmanları vardır ve bu katmanlara orbital denir.

• Elektronlar yörüngelere yerleştirilirken ;
• 2n2 formülüne uyarlar.
  (n : yörünge sayısı, 1,2,3 .......... gibi tamsayılar)
• Son yörüngede maksimum 8 elektron bulunur.

Bir atomun elektronları yörüngelere yerleştirilirken okların sırası takip edilir. Bunlar bu sıra ile yazılırsa aşağıdaki gibi olur.
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6


Peryot : Dizilişi yapılan elementin en son yazılan s orbitalinin başındaki sayıya periyot denir.
Grup : Son yörünge orbitalleri s ve p ile bitiyorsa A grubu, d ve f ile bitiyorsa B grubu elementidir.

• A grupları son yörüngelerindeki s ve p orbitallerindeki elektronların toplamıyla bulunur.

• Elementlerin atom numaralarına göre belirli bir kurala uyarak sıralanması ile periyodik cetvel oluşur.
• Periyodik cetvelde yatay sıralara periyot, düşey sıralara grup denir. Periyodik cetvelde 7 tane periyot, 8 tane A grubu, 8 tane B grubu vardır. 8B grubu 3 tanedir. Her periyot kendine ait olan s orbitali ile başlar p orbitali ile biter. Diger bir ifade ile 1A grubu ile başlayıp 8A grubu ile sona erer.

• A grubu elementleri s ve p blokunda,
  B grubu elementleri d ve f blokunda bulunurlar.
  B grubu elementlerine geçiş elementleri denir. Bunların tamamı metaldir.
• Periyodik cetvelde A grubu elementlerinin özel isimleri vardır.

• Periyodik cetvelde aynı grupta bulunan elementlerin değerlik elektron sayıları aynı olduğundan benzer kimyasal özellik gösterirler.

1. Grup numarası 1A,2A, 3A, ve B gruplarında bulunan elementler metaldir.
2. Kendilerini soygaza benzetmek için son yörüngelerindeki elektoronları vererek
   (+)değerlik alırlar.
   1A(+1), 2A (+2)
   Kesinlikle (-) değer almazlar.

1. Kendi aralarında bileşik oluşturmazlar.Ametallerle bileşik oluştururlar.
2. İndirgen özellik gösterirler.
3. Tel ve Levha haline gelebilirler.
4. Elektirik akımını iletirler.
5. Tabiatta genellikle katı halde bulunurlar .

1. Grup numarası 5A ,6A,7A, olanlar ametaldir.
2. Soygaza benzeme yani son yörüngelerindeki elektronları 8'e tamamlamak için elektron alarak(-) değerlik alılar.

1. Kendi aralarında ve me-tallerle bileşik oluşturur-lar.
2. Yükseltgen özellik göste-rirler.
3. Tel ve levha haline gel-mezler.
4. Elektirik akımını iletmez-ler.
5. Tabiatta genelde gaz ve çift atomlu moleküller halinde bulunurlar. (F2,N2,02...)

1. Grup Numarası 8A olanlar soygazdır.
2. Kararlıdırlar,elektron alış-verişi yapmazlar.
3. Bileşik yapmazlar
4. Orbitalleri doludur.
5. Tabiatta tek atomlu gaz halinde bulunur-lar.

• Peryot numarası (yörünge sayısı) arttıkça atom hacmi büyür.
• Grup numarası arttıkça atom hacmi küçülür. Çünkü yörünge sayısı aynı kalmakta fakat çekirdek yükü ve çekirdeğin elektronları çekme gücü artmaktadır.
• Bir atom ya da iyon elektron aldıkça çapı büyür, elektron verdikçe çapı küçülür.

Örneğin; X atomunun hacmi X-n iyonunun hacminden küçük, X+n iyonunun hacminden büyüktür.

Örnek - 1
6C, 14Si, 3Li
atomlarının çaplarını karşılaştırınız?

Çözüm

Peryot numarası büyük olanın çapı en büyük olduğundan Si çapı en büyüktür.
6C, ile 3Li aynı peryotta olduğundan, grup numarası (proton sayısı) arttığı için
çekirdek çekimi büyük olanın çapı küçük olacağından 3Li çapı 6C nun çapından büyüktür. Sonuç olarak çaplar arasında Si > Li > C ilişkisi vardır.

İYONLAŞMA ENERJİSİ
Gaz halindeki bir atomdan bir elektron koparmak için verilmesi gereken enerjiye iyonlaşma enerjisi (1. iyonlaşma enerjisi) denir.
2'inci elektronu koparmak için verilen enerjiye 2. iyonlaşma enerjisi denir.
3'üncü elektronu koparmak için verilen enerjiye 3. iyonlaşma enerjisi denir.
Herhangi bir atom için daima 1.i.E < 2.i.E < 3.i.E ... geçerlidir. Yani bir sonraki elektronu koparmak daha fazla enerji gerektirir.

• Periyot numarası arttıkça iyonlaşma enerjisi azalır.
• Gruplarda iyonlaşma enerjisi sıralaması,
  1A < 3A < 2A < 4A < 6A < 5A < 7A < 8A
  şeklindedir.

• Gaz halindeki nötr bir atomun elektron yakalamasıyla açığa çıkan enerjidir. Açıga çıkan enerji ne kadar büyük ise elektron ilgisi o kadar fazladır.
  X(g) + e– ® X–(g) + Enerji
• Periyodik cetvelde 7A grubu elementlerinin elektron ilgisi en büyüktür.
• Metallerin ve soygazların elektron ilgileri yok kabul edilir.

• Metallerle ametaller arasında meydana gelen bağlardır. Metaller elektron vererek (+) yüklü iyon, ametaller elektron alarak (-) yüklü iyon oluştururlar. Bu zıt yüklü iki iyonun birbirlerini coulomb çekim kuvveti ile çekmesinden iyonik bag oluşur.
• Örnek olarak NaCI bileşiğinde Na atomunun iyonlaşma enerjisi küçük olduğundan 1 tane değerlik elektronunu vererek (+1) yüklü iyon, klor ise Na atomunun verdiği elektronu alarak (-1) yüklü iyon oluşturur. Bu iki iyonun birbirini coulomb çekim kuvveti ile çekmesi sonucu NaCI bileşiği oluşur ve meydana gelen bağ iyonik bağdır.
• iyonik bağ oluşurken metal ve ametal ne kadar aktifse bağ o kadar sağlam olur.

• Ametallerin (C, N, P, S, O, H, F, CI, Br, I) kendi aralarında elektron ortaklığı ile oluşturdukları bağdır.
• Örnek olarak hidrojen molekülü arasındaki bağı incelersek;
• Hidrojenin atom numarası 1 olduğundan, 1 tane elektronu vardır. Bu elektron 1s orbitalinde bulunmaktadır. ıki hidrojen atomundaki birer elektronun etkileşmesinden H2 molekülü oluşur, aradaki bağ kovalent bağdır. Hidrojen molekülü H••H veya H–H şeklinde gösterilir.
• Aynı cins ametal atomları arasında oluşan kovalent bağ apolar, farklı cins ametal atomları arasında oluşan kovalent bağ polardır. H2 molekülündeki H - H bağı apolar, HCl molekülündeki H - Cl bağı polardır.

Opto-Elektrik sensörler (Fotoseller)

İndüktif ve kapasitif sensörlere ek olarak, günümüz otomasyon teknolojisinde opto-elektronik sensörler gittikçe daha önemli olmaktadır. Bunlar, dokunmasız makine hareketlerini algılama ve daha önemlisi makinelerde ve fabrikalarda farklı ürünleri emniyetli olarak algılama olanağı sağlar.
Optik sensörler yüksek performansları ve gittikçe küçülen tasarımları ile ivme kazanmaktadır. Çünkü, büyük olmalarından dolayı indüktif ve kapasitif sensörlerle çözülenemeyen uygulamalarda kullanılabilirler.
Büyük indüktif ve kapasitif sensörlerde, sensörle hedef cisim arasındaki en uzun mesafe 60 - 100 mm dolaylarındadır. Fakat optik sensörler küçük boyutlarda bile birkaç metrelik alanı kontrol edebilir. Bu sensörler üç farklı algılama ilkesine göre sınıflandırılabilir :
• karşılıklı sensörler,
• yansıtıcılı sensörler
• cisimden yansımalı sensörler.
Her algılama ilkesi aşağıda ayrıntılı anlatılan farklı özelliklere sahiptir.
Bu notlarda farklı algılama ilkeleri, bu sistemlerin avantajları ve dezavantajları, uygulamaya yönelik uygun sensör seçim kıstasları anlatılmıştır.

2. OPTİK SİSTEMLERLE İLGİLİ ÖNEMLİ NOKTALAR
2.1. OPTİK ALGILAMANIN TEMEL İLKESİ
Tam olarak opto-elektronik ne demektir? Bu optik ve elektronik kelimelerinin birlrştirilmesi ile oluşturulmuştur. Anlamı, dokunmaksızın bir cismi ışık (optik) yardımıyla algılama, sonra elektronik olarak değerlendirme ve sinyale dönüştürme demektir.
Elektromanyetik ışıma (radiation) dağılımı (Spektrum)

Şekil 1
Bir cisimi algılamak için fotosele gerekli olan ışık 1 mm ile 10 nm arasındaki elektromanyetik ışıma aralığındaki dalgalardan oluşur Bu aralık UV ışık , görülebilir ışık (insan gözü ile) ve IR ışık bölgelerine ayrılmıştır.
Dalga boyu aralığı Işınım tanımlama
100 nm - 280 nm UV - C
280 nm - 315 nm UV - B
315 nm - 380 nm UV - A
380 nm - 440 nm Açık mor
440 nm - 495 nm Açık mavi
495 nm - 558 nm Açık yeşil
558 nm - 640 nm Açık sarı
640 nm - 750 nm Açık kırmızı
750 nm - 1400 nm IR - A
1.4 mm - 3.0 mm IR - B
3.0 mm - 1000 mm IR - C

DIN 5031 'e göre optik spektrum sınıflandırması
Bölgeler arasındaki geçiş ve görülebilir ışığın renkleri erasındaki geçiş süreklidir (gökkuşağı). Genellikle ışık kaynağı olarak dalga boyu 880 nm olam kızıl ötesi (infrared) ışık kullanılır.
Fakat bazı özel durumlarda dalga boyu 660 nm olan kırmızı ışıkta kullanılır.
Spektral dagılım (standardlaştırılmış)

1. güneş ışığı
2. göz duyarlılığı
3. spektral duyarlılık Si alıcı
4. spektral ışınım kırmızı 5. LED GaAs P
6. spektral ışınım GaAlAs
7. spektral ışınım GaAs
Şekil 2
Kızıl ötesi ışık olası dış kaynakların etkilerine karşı olabildiğince çok bağışıklık kazandırmak için çeşitli nedenlerle kullanılır.
Birincisi, alıcı olarak kullanılan transistör en yüksek duyarlılığa kızıl ötesi ışıkta sahiptir.
İkincisi, çok küçük toz parçalarının çapından daha uzun dalga boyu olan ışığın hiçbir sorunla karşılaşmadan bu parçacıkları geçmesi olayından yararlanılır. Kirlenme ve toza karşı koruma sağlamak uzun dalga boylu ışınım (UV değil IR) kullanımının nedeni budur.
Üçüncüsü, kızıl ötesi ışık kullanımıyla sensörler görülebilir aralıktaki dış ışık kaynaklarından daha az etkilenir.
2.2. KARŞILIKLI SENSÖRLER
Kızıl ötesi ışınım yöntemiyle cisimlerin optik algılanması nasıl olur?
İlk yöntem belli konumda bir kızıl ötesi diyotun verici olarak ve ikinci konumda alıcı olarak (duyarlı) fototransistör (veya fotodiyot) yerleştirilmesidir. Bir cismin alıcı ile verici arasındaki düz yolu kestiği her zaman, alıcı transistörün elektriksel tepkisi değişir.
Karşılıklı sensör

Şekil 3 verici ışının yapısını ve alıcının duyarlılığını göstermektedir. Montaj yapılırken verici alıcının yolunda olmalı (ışın yolu, sensörün algılama mesafesine ve ±1.3o ile ± 10o arasındaki bakış açısına bağlıdır) ve alıcı vericinin yolunda olmalıdır. Alıcı ile verici öyle bir şekilde ayarlanmalıdırki bir optik eksen üzerinde aralarında doğrudan kesişme olmalıdır. Alıcıya giden ışını tümüyle kesmek için algılanacak cismin boyutları en az bu etkin bölge (optik eksen) kadar olmalıdır. Gözönünde bulundurulması gereken nokta; algılama alanının (etkin bölge) sürekli olarak faydalı alandan daha küçük olmasıdır.
En uzun mesafe ve toza/kirlenmeye karşı en büyük aşırı kazanç, (çalışma güvenilirliği için) verici ile alıcının optik eksen üzerinde olası en iyi şekilde ayarlanmasıyla sağlanır.
İki veya daha fazla karşılıklı sensörün yan yana bağlanması durumunda, birbirlerinden etkilenmemelerine özen gösterilmelidir. Bunun için sensörler arasında bırakılması gereken en az uzaklık, verici ile alıcı arasındaki uzaklığa ve ışın yollarının bakış açısına bağlıdır.
Birkaç sensör yan yana bağlanacağı zaman alıcı ile vericinin değişimli montajı iyi bir çözüm olabilir.
Karşılıklı sensörlerin özellikleri aşağıda özetlenmiştir.
• ışık vericiden alıcıya tek yönlü yol aldığı için uzun algılama mesafesi.
• Optik eksen başından sonuna kadar geniş çalışma aralığı
• Optik eksen boyunca kesin anahtarlama noktası
• Montajı ve bağlantısı gereken iki ayrı birim
• Şeffaf cisimlerde emin olmayan algılama
• Mat cisimlerde emin algılama
• Emniyetli çalışma için kesinlikle doğru ayarlama gerekli

2.3. YANSITICILI SENSÖRLER
Diğer bir tip fotosel, yansıtıcılı sensör olarak adlandırılır. Verici ile alıcı bir kılıf içine yerleştirilmiştir ve izlenecek alanın bir tarafına monte edilir. Diğer tarafta ışık bir yansıtıcı (reflektör) yardımıyla yansıtılır.
Eğer yansıtıcı yüzeyi düz olursa ve optik eksene tam dik olarak yerleştirilmemişse yansıyan ışık asla alıcıya ulaşmaz. Hatta dik ayarlamada bile alıcıya doğru sadece küçük bir ışık yansır. (Bkz. Aşağıdaki şekiller). Buna engel olmak için özel yansıtıcı kullanılır, yani prizmatik yansıtıcı. Prizmatik yansıtıcıda gelen ışık ışını sürekli olarak ışığın yayıldığı yöne doğru geri yansıtılır.
Prizmatik yansıtıcının yapısı

Bir prizmada yansıma

Bu yansıtıcılar büyük yansıma kayıpları olmadan verici ışınına 15 derecelik açıyla yerlestirilebilir. Normal düz yansıtıcılarda durum oldukça farklıdır. Çünkü ışın sürekli olarak dik açısına göre yansıtıcıya çarptığı açıyla geri yansıtılır. Bu durum yansıtıcılı sensörlerle düz yansıtıcı kullanılırsa büyük sorunlarla karşılaşılacağını gösterir.




2.4. CİSİMDEN YANSIMALI SENSÖRLER

Cisimleri opto-elektronik olarak algılamanın üçüncü yöntemi: Cisimden yansımalı tip sensörlerdir. Burada da verici ve alıcı aynı kılıf içine yerleştirilmiştir.
Fakat cisimden yansımalı sensörler, bir prizmatik yansıtıcı veya yansıtıcı kağıttan yansıyan ışıkla değil de hedef cisimden yansıyan ışıkla çalışır. Bu, indüktif ve kapasitif yaklaşım anahtarları çalışma ilkelerine benzeyen tek opto-elektronik algılama ilkesidir. Onlarda cismi doğrudan algılar :
• cisim var (yansıma var) yaklaşım anahtarı algılar
• cisim yok (yansıma yok) yaklaşım anahtarı algılamaz.
Cisimden yansımalı sensörlerin önemli avantajları şunlardır:
• monte edilecek sadece bir sensör
• yanlış ayarlama ve yansıtıcı kirlenmesi yok
• şeffaf cisimler karşılıklı ve yansıtıcılı sensörlerden daha iyi algılanabilir.
• Alıcının doğru duyarlılık ayarı, şeffaf cisimlerden az miktar’daki yansımaların degerlendirilmesini sağlar
Cisimden yansımalı sensörlerin de bazı dezavantajları vardır: cisimden yansıyan ışığın değerlendirilmesi ve algılaması nedeni ile cisimin algılaması büyük oranda cisim yüzeyinin özelliklerine bağlıdır(pürüzsüz ,yansıtıcı beyaz gri siyah genel olarak cisimlerin yansıtma oranının daha düşük olmasından dolayı, verici ile alıcı arasındaki ışının açıkça kesildiği (alıcıda kızıl ötesi ışık var /yok) karşılıklı ve yansıtıcılı sensörlere göre olası maksimum algılamala mesafesi daha kısadır.cisimden yansımalı sensörde ,alıcıya ulaşan kızıl ötesi ışık anahtarlama noktasına doğru artar ,yani:önce çok az ,az,biraz ,biraz, daha.... ve anahtarlama noktası.
Cisimden yansımalı sensör (kapatma eğrisi)

Şekil 9
Şekil 9, cisimden yansımalı sensörün tipik alıcı eğrisini gösterir.şekilde görülen eğriler hedef cisimin (gri kodak kartının beyaz arka tarafı),indüktif ve kapasitif yaklaşım anahtarlarındakine benzer olarak yandan veya önden yaklaşması ile elde edilmiştir.
2.5. FİBER–OPTİKLER

Fiber-optikler, çok küçük cisimlere ve çok sıcak veya çok sulu ortamlara ışığı iletebilir.
Yayılan veyansıyan ışık ,fiber–optik içinde çok fazla sayıdaki toplam yansımalarla iletilir .aşağıdaki şekillerden görülebileceği gibi karşılıklı veya cisimden yansımalı sensörler olarak çalışabilirler .

Gerçekte, ışınların yansımasından daha çok kırılması olan toplam yansımayla ilgili daha detaylı bilgi aşağıda verilmiştir. Bir şeffaf ortamdan daha mat bir ortama geçen ışık ışını, kırılma yasalarına uygun olarak kırılır :
n1/n 2 = sin µ 2 /sin µ 1
yani ,ışın artık doğrusal değildir (n 1 ve n2,malzemeye ve dalga boyuna bağlı olan ortamın kırılma katsayısıdır.)
Kırılma, aynı zamanda geliş açısına bağlı olmakla birlikte ışınlar sürekli olarak geliş açısının dikine (temas noktasında ortam sınır yüzeyine dik çizgi ) doğru kırılır.
Şeffaf bir ortamdan daha mat bir ortama geçen ışık ışınının kırılması

Kırılma ters yönde de benzer şekilde olur. Yani, mat bir ortamdan daha şeffaf bir ortama geçen ışın dikten uzaklaşarak kırılır. Sonra çok ilginç bir şey olur: bir kez kritik açıya (brewster açısı) ulaşınca, ışık artık şeffaf ortam içine daha fazla kırılmaz ve tümüyle daha mat olan ortam içine yansır (sınır yüzeyine çarptığı açıyla ). Bu açı, ortamlara bağlıdır ve cam-hava için 42 derece dolaylarındadır. Basit olarak, bu ilkeden yararlanarak opto-elektronik sensörlerin ışığı otomatik olarak fiber-optik içinde tutulur. fiber optiğin kendisi çok ince bir camdan veya plastik fiberden oluşur ve etrafını saran ortam havadır. Eğer ışık ,böyle bir fibere çarparsa (çok geniş bir açıda olmamak koşulu ile) toplam yansıma yöntemi ile sınır yüzeyi boyunca iletilir ve fiberin sonunda, başta çarptığı şekilde yayılır. Tam bir fiber–optik, fiberlerin kırılmaması için kaygan yağla kaplanmış binlerce bunun gibi fiberden oluşur. Bu, fiber–optiği esnek ve genel kullanımlara uygun yapar. Fiber–optiği kapla maları normal olarak PVC veya esnek alüminyumdan yapılır. Plastik kaplamalar normal çevre koşullarında (+80 oC’ye kadar ve nemli ortamlarda) kullanılmaya uygundur ve alüminyum kaplamalar yüksek sıcaklıktaki (+290 oC ’ye kadar) uygulamalarda kullanılabilir. Ayrıca, yüksek sıcaklık ve ıslak ortamların birlikte bulunduğu özel uygulamalar için de çözüm vardır: silikon koruyucu tüp içinde alüminyüm kaplamalı fiber–optik.
Genel olarak,fiber–optikler cam fiberlerden oluşur. Çünkü cam sıcaklığa, asit ve alkali gibi kimyasal maddelere karşı dayanıklıdır, plastikten daha az yıpranır ve böylece bastırma daha azdır. Fakat dezavantajı yüksek fiyatıdır. Ayrıca, camdan güzel fiber–optikler yapmak plastikten yapmaktan daha zordur.
Cam veya plastikten yapıldığına bakılmaksızın fiber-optik kullanırken aşağıdaki noktalara özen göstermek gerekir:
• Fiber –optikleri bükmeyin(bazı fiberlerin veya hepsinin kırılma tehlikesi .enaz bükme yarıçapı=fiber-optik çapının üç katı).
• Fiber–optikleri aşırı sıkmayın.
• Çok aşındırıcı ortamlara yaklaşımda dikkatli olun.
• Fiber–optikleri aşırı gerilme altında bırakmayın.asla baskı altında iken monte etmeyin.
• Fiber–optikleri aşırı kıvırmayın.
• Uç parcasını çok fazla sıkmayın, sürekli olarak uç parcasını değil somunu sıkın.
• Bir cisim üzerindeki birkaç fiber-optik, birbirini etkileyebilir, aralarındaki uzaklığa dikkat edin.
• Fiber–optikler ışık iletimi için özel birimlerdir. Kullanıcı tarafından geliştirme girişimi yapılmamalıdır.
• Karşılıklı çalışma için verici ile alıcı arasındaki ışın en azından tüm etkin alanda kesilmelidir ki cisim algılanabilsin.
Cisimden yansımalı çalışmada cisim “geleneksel” yöntemle algılanır. Maksimum algılama mesafesi yine cisimin yüzey özelliklerine (tüm cisimden yansımalı sensörlerde olduğu gibi), fiber–optiğin kesitine ve ışının yüzeye geliş açısına (optimum 90 derece – yüksek yansıma) bağlıdır. Fiber–optiğin diğer ucu, verici ve alıcıdan fiber optiğe iyi bir geçiş sağlamak için uygun bir kuvvetlendiriciye (amplifier) bağlanır (takılır ve sıkılır).
Özetlersek; uygun fiber–optikli sensörler, çok küçük cisimlerde iyi ve emin algılama olanağını sağlar. Cisimden yansımalı tipler kullanıldığında göreceli olarak daha kısa algılama mesafesi (cisim çapına bağlı olarak) elde edilir.
2.6. KUVVETLENDİRİCİ (HARİCİ DEĞERLENDİRME)
Ayrı kuvvetlendiricili tip optik sensörler, kolayca ulaşılamayan yerlerde (makinada, tesiste) kullanım için diğer bir olanak sağlar. Verici ve/veya alıcı küçük bir kılıf içine (m8 veya dikdörtgen, mikrosiviçe benzer) yerleştirilir. Ayrı bir kuvvetlendirici (amplifier) birimi enerjiyi sağlar ve sinyal değerlendirme işlemini yapar. çoğu kuvvetlendiriciler farklı ek işlevlere programlanabilir (yani ışık var /yok konumu, zaman gecikmesi, kirlenme göstergesi)




Kuvvetlendiricili tip karşılıklı sensör

2.7 ALGILAMA UZAKLIKLARI
Opto–elektronik sensör kullanımı için en önemli kıstas sensörle algılanacak cisim arasındaki uzaklıktır. Çalışma ilkesine bağlı olarak kesin faklılıklar vardır. Aynı çalışma ilkesine bağlı farklı tipler için karşılaştırılabilir değerler elde etmek için verilen değerlerde bir referans olmalıdır.
Karşılıklı sensörler için bu, alıcının maksimum duyarlığında emin olarak verici ile alıcı arasında bırakılabilecek uzaklıktır.
Yansıtıcılı sensörler için, kataloglarda verilen, sensör ile yansıtıcı arasındaki uzaklıktır. Referans, tanımlanan yansıtıcıya (yani, çapı 80 mm olan daire prizmatik yansıtıcı) göre yapılır.
Cisimden yansımalı sensörlerde referans olarak %90 yansıtma oranı olan 200 x 200 mm’ lik kodak gri kartın beyaz arka tarafı kullanılır.
Bu değerler, algılama uzaklığı olarak kataloglarda yer alır. Verilen değerlerden uygulama için gereken algılama uzaklığı belirlenebilir.
3. ELEKTRONİKLE İLGİLİ ÖNEMLİ NOKTALAR
3.1. SİNYAL İŞLEME VE DEĞERLENDİRME
Gerçekte bir opto–elektronik sensör içinde neler oluyor?
Karşılıklı sensör blok çizimi

Şekil 16
Yukarıda bir karşılıklı sensörün blok çizimi görülmektedir. Dalga üretici ve verici güç kaynağı tarafından beslenir (yani verici diyot her dalga periyodunda kızıl ötesi ışık yayar).
Periyodik çalışma uzun Led ömrü sağlar ve aynı zamanda çok az akım harcamasına karşın yüksek performans elde edilir (dalga frekansı 5 – 10 khz. , oran : var/yok = 1 / 100). Bu ışık, fototransistör veya foto diyot alıcıya gelir. Burada elektriksel olarak kuvvetlendirilir ve değerlendirme aşaması üzerinden çıkış sinyalinin oluşturulduğu çıkış aşmasına (çoğu tipte programlama olanağı var) ulaştırılır.
“Gürültü bastırma devresi” deyiminin anlamı : örnek olarak ; dış etkenlerden dolayı oluşan yüksek frekanslı elektromanyetik alana karşı devreyi ekranlamaktır. Bunun bir parçası olarak özenli baskılı devre taraması ile devre içindeki etkilenmeler de engellenir. Karşılıklı sensörlerde alıcıdaki yüksek geçiren süzgeç sadece yüksek frekanslı sinyallerin ( dalga üretecinden gelen) geçmesini sağlar ve alıcıya ulaşarak kuvvetlendirilir. Böylece dışardan gelen ışık etkileri engellenir. (örneğin ; flüoresan lambanın 100 Hz. ’lik göz kırpması.)
Çoğu opto-elektronik sensörde alıcının doğru duyarlılık ayarı için sarmal potansiyometre vardır. (örneğin ; şeffaf cisimlerin algılanmasında alıcı yoğunluğundaki çok küçük değişimde çıkışın anahtarlanması için.)
3.2. IŞIK VAR VE YOK KONUMU
Bir çıkış sinyali nasıldır ve örneğin karşılıklı sensörde ne anlama gelir?
Cisim Işık Çıkış Deyim
Yok Verici-alıcı kesilmedi Yok Işık yok anahtarlaması
Var Verici-alıcı kesildi Var Işık yok anahtarlaması
Yok Verici-alıcı kesilmedi Var Işık var anahtarlaması
Var Verici-alıcı kesildi Yok Işık var anahtarlaması
Optik alanda ışık yok anahtarlaması (dark–on switching) ve ışık var anahtarlaması (light–on switching) olmak üzere anahtarlara işlevi için iki deyim kullanılır:
*Eğer verici ile alıcı arasında ışın kesildiğinde (yani ışın alıcıya ulaşmaz) çıkış anahtarlar ise bu, ışık yok anahtarlara birimidir.
*Eğer ışın kesilmemiş (yani ışık alıcıya ulaşır) ve çıkış anahtarlar ise bu, ışık var anahtarlara birimidir.
Yansıtılıcı sensörlerde de durum aynıdır. Cisim varken alıcıya ışık ulaşmaz, çıkış anahtarlar =ışık yok anahtarlaması veya tersi.
Peki, üçüncü çalışma ilkesi, cisimden yansılamalı sensörde ne olur?
Cisim Işık Çıkış Deyim
Yok Verici-alıcı kesildi Yok Işık var anahtarlaması
Var Verici-alıcı kesilmedi Var Işık var anahtarlaması
Yok Verici-alıcı kesildi Var Işık yok anahtarlaması
Var Verici-alıcı kesilmedi Yok Işık yok anahtarlaması
işlevi karşılıklı ve yansıtıcılı sensörlere göre tam tersidir. Yani, “alıcıya ışık ulaşır” cisim var demektir, çıkış anahtarlar, ışık var anahtarlaması ve “alıcıya ışık ulaşmaz” cisim yok demektir, çıkış anahtarlar, bu da ışık yok anahtarlamasıdır.
anahtarlara özellikleri aşağıdaki gibi özetlenebilir :
IŞIK VAR ANAHTARLAMASI
Karşılıklı ve yansıtıcılı sensörlerde :
Verici ve alıcı arasındaki veya verici / alıcı birim ile prizmatik yansıtıcı arsındaki ışın kesilmeden, çıkış anahtarlar veya röle çeker.
Cisimden yansımalı sensörlerde :
Algılanacak cisim tarafından ışın alıcıya yansıtılır, çıkış anahtarlar veya röle çeker.
IŞIK YOK ANAHTARLAMASI
Karşılıklı ve yansıtıcılı sensörlerde :
Verici ve alıcı arasındaki ışın kesilir, çıkış anahtarlar veya röle çeker.
Cisimden yansımalı sensörlerde :
Işın alıcıya geri yansıtılmaz, çıkış anahtarlar veya röle çeker.
3.3. ELEKTRONİKLE İLGİLİ ÖZELLİKLER
Belli tip optik sensörlerde bazı ek özellikler vardır. Örneğin; çalışma güvenirliğini daha da artırmak için sayısal gürültü : bastırmalı tipler.

Gönderilen darbeli ışık dolayısıyla “cisim var” veya “cisim yok” sinyali alıcıya darbeler şeklinde ulaşır. Genel olarak bu sinyaller, değerlendirme aşamasında belli bir süre için entegre edilir ve bir eşik değeri (potansiyometre ile ayarlanabilir) ile karşılaştırılır, sonra duruma göre çıkış anahtarlar (veya anahtarlamaz).
Sayısal gürültü bastırmalı tiplerde bu işlem sayısallaştırılmıştır. Değerlendirme aşaması, diğer anahtarlara konumu için 6 peşpeşe gelen sinyali bekler ve o zaman çıkışı değiştirir.
Dolasıyla dış etkenlerden kaynaklanan “yakalanmış “optik veya elektriksel gürültüler en az peşpeşe 6 kez aynı frekansta (neredeyse olanaksız) olmalıdır ki anahtarlara konum değiştirsin.
Bu şekilde yapılan sensörlerde aynı zamanda özel anahtarlara durum göstergesi vardır. Bu gösterge sadece çıkışın durumunu göstermez, bununla birlikte 2 Hz. Veya 10 Hz.’de yanıp söner .
Yanıp sönme, emniyetli çalışma uzaklığını bulmaya bir yardımcı olarak görev yapar ve lenslerin kirlenmesi veya etkilenme durumunda uyarır.
Dört değişik sinyal şu anlama gelir : 10 Hz.’de yanıp sönme sürekli olarak emniyetsiz çalışma bölgesini gösterir , fakat çıkış anahtarlanmıştır. 2 Hz. Sürekli olarak etkilenme alanı anlamındadır, çıkış henüz anahtarlanmamıştır. Sürekli yanan veya sönük LED, çıkışa karşılık gelen algılama uzaklığı emniyetli alan içinde anlamındadır (ışık var veya ışık yok anahtarlara işlevine bağlı olarak).
Şekil 20, bir cisim, ışık var anahtarlara konumunda olan cisimden yansımalı sensöre yaklaşırken ve uzaklaşırken yanıp sönme sinyalini gösterir. Cisimden yansımalı sensörün histerisis alanı da kolaylıkla görülebilir.
Sayısal gürültü bastırmada yanıp sönme göstergesi ve anahtarlara noktası

SA - emniyetli bölge SR - etkileyici yansıma
- faydalı yansıma
- açma bölgesi başlangıcı
SPE - kapama noktası TW- algılama bölgesi
- emniyetli bölge
- yansıma yok
SPA - açma HY - histerisiz Kapama bölgesinde faydalı yansıma

Şekil 20
Ayarlanabilir zaman işlevi olan sensörler başka bir özelliktir. Böyle bir sensör kullanıldığında çıkış sinyalinde açma / kapama zamanı sağlamak veya potansiyometre yardımı ile çıkış sinyalini belirlenen süre için darbe şeklinde elde etmek olasıdır.

3.4. AKIM VE GERİLİM DEĞERLERİ
Opto – elektronik sensörler DC, AC veya çift gerilimli birimler olarak sağlanır. Çok genişbir gerilim aralığında kullanılabilirler ve böylece tüm kullanıcı gereksinimlerine yanıt verirler. Örneğin ;10 - 55 VDC veya 20–250 VAC aralığı.
3.5. KAÇAK AKIM , ENAZ YÜK AKIMI VE GERİLİM DÜŞÜMÜ
İki kablolu, çift gerilimli veya AC tiplerde açık konumlarında bile çalışmaya hazır bulunmak için sürekli olarak birkaç mA‘ lik kaçak akımın olması normaldir. Böyle iki kablolu bir sensörün kullanımında, kapamada iken birkaç voltluk gerilim düşümü olduğu hesaba katılmalıdır. Geri kalan gerilimin yüke yetmediği, kaçak akımdan etkilendiği veya sensöre yeterli gerilimi sağlayamayacak kadar yüksek değerde direnç olması durumlarında çıkış sinyali için ayrı bir kablonun bulunduğu 3 kablolu DC veya AC tiplerin kullanılmasına çalışılmalıdır.
4. ÇALIŞMA GÜVENİRLİRLİĞİ
Çalışma güvenilirliği normalde seçilen algılama uzaklığına, uygulamaya ve seçilen tipe bağlıdır. Tip seçiminde iyi bir yardımcı olarak aşağıda gösterilen aşırı kazanç eğrisi verilir.
OS tip yansıtıcılı sensörün Aşırı kazanç eğrisi

Şekil 21
Örnek yolu ile böyle bir eğriden ne tür faydalı bilgilerin elde edilebileceği görülebilir. Eğri gerçekte alıcıya ulaşan ışın ile deneylerle belirlenmiş emniyetli anahtarlama için gereken enaz ışınarasındaki oranı gösterir. Bu oran eğride tipe özel olarak gösterilmiştir.
OS eğrisi, maksimum değerin prizmatik yansıtıcıdan yaklaşık 2 m uzaklıkta olduğunu açıkça gösterir. Bu noktada emniyetli anahtarlara için gereken ışıktan 60 kez daha fazla ışık alıcıya ulaşır. Yani, bu özel algılama uzaklığı için aşırı kazanç bir zorunluluktur. Tablodan açıkça görüleceği gibi tozlu, buharlı ortamlardaki, kirlenmiş lenslerin ve / veya aynaların olduğu veya ışın yolunun hafifce yanlış ayarlandığı uygulamalarda böyle aşırı kazanç katsayıları gerçekten gereklidir.
Dolayısıyla bir uygulama için sensör seçerken aşırı kazanç eğrisine bakmak yararlıdır. Ne yazık ki potansiyometre ile duyarlılık ayarlandığında eğri sola doğru (kısa algılama uzaklıklarına doğru )kaymaz, fakat aşağı çok küçük aşırı kazançlara doğru kayar. Bu nedenle, olası ise sensörler maksimum duyarlılıkta çalıştırılmalıdır. Aşağıdaki tablo, çeşitli çevre koşullarında aşırı kazanç azalmalarını gösterir.

Çeşitli uygulamalar için aşırı kazanç katsayıları referans değerleri

5. ÖNERİLEN TİPLER
Genel olarak, olası olan her yerde karşılıklı sensörlerin kullanılması söylenebilir. bu tip maksimum algılama aralığında özellikle emniyetli anahtarlamayı sağlar.
Eğer karşılıklı tip kullanılamıyorsa veya monte edilemiyorsa normal olarak ikinci olasılık, yansıtıcılı tip sensördür (çoğu malzeme için emniyetli anahtarlara, yarı algılama uzaklığı malzeme için emniyetli anahtarlama, yarı algılama uzaklığı, kolay yerleştirme, kolay ayarlama v.s.) şeffaf cisimler algılanacaksa bu, alıcı duyarlılığını ayarlıyarak yapılabilir.
Çok fazla yansıtma özelliği olan cisimler için polarizasyon filtreli yansıtıcılı tip sensörler kullanılabilir (etkilere karşı bağışıklığı artırmak için).
Çok küçük cisimler için veya sınırlı yer olan durumlarda fiber optikli veya kuvvetlendiricili tipler iyi bir çözümdür.
Cisimden yansıtmalı sensörler, karşılılıklı veya yansıtıcılı tip sensörlerin algılamadığı cisimler için kullanılmalıdır. Bu durum, örnek olarak; cisimin sadece bir taraftan algılanabileceği veya vericiden yayılan ışığı kıramayacak kadar şeffaf olması olabilir
Arka tarafın yansıtmasının sensörün çalışmasını etkilediği durumlarda kısa algılama uzaklığı olan cisimden yansımalı tipler uygundur.
Daha önce de belirtildiği gibi alıcının duyarlılığı potansiyometre ile ayarlanabilir. Fakat, çalışma güvenirlirliğindeki kabul edilmesi gereken değişim dolayısıyla sensörlerin duyarlılığı sadece şeffaf cisimler algılanacağı zaman düşürülmelidir. (Ancak cisimden yansımalı sensörlerde, sensörün emin bir şekil de cismi algılaması için bu ayarlama neredeyse sürekli olarak gerekli olur.)
Çoğu sensörde çıkış sinyalinin ışık var veya ışık yok anahtarlaması sağlamak için programlama olanağı vardır.

POLİMERLER
4.1. Polimer Maddelerin Özellikleri
1. Küçük moleküllü maddeler genellikle gaz veya sıvı haldedirler, polimerler ise büyük moleküllü olduğu için katı ve genellikle serttirler.
2. Küçük moleküllü bileşikler genellikle çözücülerde kolay çözünürler. Polimerler ise hem zor çözünürler, hem de çözünme şekilleri küçük moleküllü bileşiklerden tamamen farklıdır. Öyle ki, çözücü molekülleri polimer molekülünden çok küçük olduğu için, onlar önce polimerin içine difüze olurlar. Bu yüzden polimer şişer ve hacmi yaklaşık 1000 kat kadar artar. Bunun neticesinde makromoleküller arasında olan bağ kuvvetleri zayıflar ve polimerier birbirinden ayrılarak çözeltiye geçerler.
3. Küçük moleküllü bileşiklerin çözeltileri şeffaf olduğu halde, yüksek moleküllü birleşmelerin çözeltilerinde ışığın dağılması gözlenir.
4. Küçük moleküllü bileşiklerin çözeltilerinin kristalleşmesi genellikle kolay ve belli bir sıcaklıkta olduğu halde, yüksek moleküllü bir birleşmeler için kristalleşme prosesi çok zor ve geniş bir sıcaklık aralığında olmaktadır.
5. Küçük moleküllü bileşiklerden farklı olarak, yüksek moleküllü birleşmelerin çözeltilerinden veya eriyik halinden ince tabakalar meydana getirilebilir.
Polimerler, sertliğine, yüksek sıcaklığa ve darbeye dayanıklılığına, yüksek dielektrikliğine, korozyona karşı dayanıklılığına göre geniş kullanım sahalarına sahiptir.
4.2. Polimerlerin Sınıflandırılması
Yüksek moleküllü birleşmeler elde edildiği yere göre doğal ve sentetik olmak üzere ikiye ayrılır.
a) Doğal polimerler: Bunlar doğada var olan polimerlerdir. Doğal kauçuk, pamuk, ipek, yün, amyant birer doğal polimerdir.
b) Sentetik polimerler: Monomerierden çeşitli metotlarla sentezlenen polimerlerdir. Bunlar monomerlerden başlayarak endüstride sentez edilen polietilen, polipropüen, poliesterler, poliamidler gibi polimerlerdir.
Polimer zincirinin yapısında bulunan atomların tabiatına bağlı olarak polimerler 3'e ayrılırlar.

Polimerlerin Üretim Şekilleri
Endüstride en çok kullanılan dört polimerleşme şekli vardır. Kütle (blok), çözelti, süspansiyon ve emülsiyon polimerleşme.
4.4.1 Kütle (Blok) Polimerleşmesi
Reaksiyon kabında yalnız saf monomer ve başlatıcı bulunur. Bu proseste monomer ısıtılıp, ultraviyole ışınların etkisiyle veya başlatıcı eklenerek polimerleştirilir.
Kütle polimerleşme reaksiyonları ekzotermik olduğundan ortamın devamlı karıştırılması gerekir. Bu sistemde polimerleşme ile beraber ortamın viskozitesi artar ve karıştırma imkansız hale gelir. Bu yüzden homojen bir ısı yayılımı sağlanamaz ve sıcaklık kontrolü zorlaşır. Reaksiyon ortamının sıcaklığının değişmesi, elde edilen polimerlerin molekül ağırlığının azalmasına sebep olur. Onun için kütle polimerleşmesi, önce % 30-35 dönüşüme kadar düşük sıcaklıkta, sonra sıcaklık artırılarak % 98-100 dönüşüme kadar olmak üzere iki aşamada gerçekleştirilir. Sanayide etilen, stiren, vinil asetat, metil metakrilatın polimerleşmesi bu şekilde yapılır.
4.4.2 - Çözeltı Polimerleşmesi
Ortamda bir çözücü, monomer ve başlatıcının bulunduğu polimerleşme şeklidir. Bu polimerleşme öyle çözücü kullanılmalıdır ki, çözücüde hem monomer, hem de oluşmuş polimer iyice çözülebilsin. Monomer çözücüde çözüldüğü için konsantrasyonu zamanla azalır, dolayısıyla karıştırma ve sıcaklık kontrolü kolaylaşır. Bu sebepten elde edilmiş polimerin molekül ağırlığı artar. Çözelti polimerleşmesinin kütle polimerleşmesine üstün gelen bu yönlerine karşılık çözücünün polimerleşme reaksiyonundan sonra ortamdan uzaklaştırılması gibi sorularla karşılaşılır. Bu yüzden çözelti polimerizasyonunda meydana gelen polimeri çözeltiden ayırmak zor olduğu için sanayide bu metot çok kullanılmaz. Akrilenitril, vinil asetat ve etilen bu metot ile polimerleştirilebilir.
4.4.3 - Süspansıyon (Boncuk) Polımerizasyonu
Süspansiyon polimerleşmesinde önce başlatıcı monomerde çözülür, sonra su ilave edilir ve hızla karıştırılarak monomerin suda süspansiyonu hazırlanır. Oluşan damlalar 0.01-0.5cm çapındadır. Bu çap karıştırma hızı ile ters orantılıdır.
Polimerizasyon başlatıcı olarak monomerde çözülen başlatıcılar (benzoil peroksit gibi) kullanılır. Süspansiyonun kararlı kılınması ve oluşan polimer parçacıklarının birbirine yapışmaması için ortama suda çözülebilen (karboksimetil/selüloz, toz halinde potasyum karbonat, baryum karbonat,bentonit gibi) stabilizatörler katılır. Bu yöntemde polimerizasyon ısısı ortamdaki su tarafından giderilir ve kesin sıcaklık kontrolü sağlanır. Polimer çok küçük parçacıklar halinde elde edildiğinde paketlenmeye, işlemeye çok elverişlidir. Süspansiyon polimerizasyonu bu bakımdan diğer polimerleşme metotlarından üstünlük gösterir ve sanayide yaygın olarak kullanılır. Stiren, vinil klorür, vinil asetat, metal metakrilat bu işlemle polimerleştirilebilir.
4.4.4 Emülsüyon Polimerizasyonu
Su ortamında, monomer, yüzey aktif madde ve suda çözünen (potasyum persülfat, hidrojen peroksit gibi) bir başlatıcı bulunur. Reaksiyon ortamı devamlı karıştırılır. Yüzey aktif maddelere emülgatör denir. Bunlarda aktif polar (karboksil veya sülfo) gruplar bulunur. Bu maddelere örnek olarak sabunları, oleik, palmitik, stearik asitlerin sodyum tuzlarını, aromatik sülfo asitlerin sodyum tuzlarını, mesela sanayide çok yaygın olarak kullanılan nekalı (2,6-diizobutil naftalin-3-sodyum sülfanat) gösterebiliriz. Bu emülgatörler, sabun gibi suda küçük damlacıklar, yani miseller meydana getirirler. Suda meydana gelen serbest radikaller miselin içindeki monomer molekülü ile temas ettiğinde onu aktifleştirir ve polimerleşme başlar. Böylelikle polimerleşme misellerde çabuk ve oldukça düşük sıcaklıkta gerçekleşir.
Bu yöntem endüstride özellikle stiren-bütadien kauçuğu (SBK) üretiminde başarıyla kullanılmaktadır. Elde edilen polimerlerin çok küçük parçacıklar halinde oluşu paketlemeye ve işlemeye elverişli olması bakımından ayrıca sıcaklık kontrolünün kolay olması sebebiyle, süspansiyon polimerleşmesi gibi emülsiyon polimerleşmesi de ilk iki yönteme göre üstünlük sağlar.
İLETKEN POLİMERLER
8.1. Giriş
Son on yılda elektriksel iletkenliğe sahip polimerlere karşı ilgi önemli ölçüde artmıştır. Bu malzemeler çok önceleri değişik metotlarla elde edilmiş fakat iletkenliklerinin farkına varılamadığı için önemsenmemiştir. Bilim ve teknoloji alanında hızlı gelişmelere bağlı olarak yeni malzeme arayışları, iletken polimerlerle ilgili çalışmaların en etkili yürütücü kuvveti olmuştur. Bu çalışmalarda araştırmacılar polimerik malzemelere veya bazı sentetik organik maddelere, inorganik metal ya da yarı iletkenlerin özelliklerini kazandırmaya çalışmaktadırlar. Daha da ileriye giderek, metaller ve yarı iletkenlerde doğal olarak var olmayan bazı malzeme özellikleri. iletken polimerlerle kazanılmaya çalışılmaktadır. Bu nedenlerle iletken polimerler genellikle sentetik metal veya organik metal olarak da isimlendirilmektedir.
Shırakawa'nm poliasetileni sentezleyerek. katkılama yoluyla iletkenliğinin büyük ölçüde arttığını belirlemesi iletken polimerlerle ilgili ilk önemli çalışmayı oluşturmuştur (İto and Shirakawa, 1974; Shirakawa et. al. 1977). Genellikle polimerler yalıtkan malzemelerdir veya çok düşük elektriksel iletkenliğe sahiptirler. îletken polimerler yapılarında. uzun konjuge çift bağlı zincirler bulunması nedeniyle iletkenlik özelliğine sahiptirler. Şekil 15'de bazı iletken polimerlerin yapılan gösterilmiştir.
hibridi içeren tetragonal yapıdadır ve karbonun bütün elektronları dört hibrit orbitaline yerleşmiş durumdadır. C � C tek bağında elektronları uyarmak için elektronları metalik iletkenliğe neden olur. Doymamış hidrokarbonlar sp3 oldukça yüksek enerji gerekir (7 � 10 eV). Bu nedenle geniş yasak band aralığına sahip bu bileşikler yalıtkandırlar. sp2 ve sp hibridi içeren çift ve üçlü bağlı bileşiklerde hibrit orbitaller iyanında elektron içeren p orbitalleri de vardır.
8.2. İletken Polimerlerde İletkenlik Teorisi
Pollasetilen ve diğer konjuge polimerlerin optik absorpsiyon çalışmaları sonucunda. bu polimerlerin değerlik bandını iletkenlik bandından ayıran yasak enerji aralığının yan iletkenlerde olduğu gibi 1,4 - 3 eV arasında olduğu anlaşılmıştır. Bir yarı iletkende elektronun, değerlik bandından iletkenlik bandına çıkması ile sistemin yapısı değişmez. Oysa polimerlerde elektronik uyarma, örgünün relaksasyonuna neden olur.
Polimerlerde iki tür yapısal relaksasyon olduğu kabul edilir. Birincisi polimer zinciri boyunca oluşan tek düze relaksasyon, ikincisi ise lokal olarak yapısal deformasyona neden olan relaksasyondur. Bunların sonucunda polimer zinciri üzerinde hatalar oluşur. Bu hatalar "soliton" veya "polaron" olarak isimlendirilir (Arca, 1986).
Katkılama ile farklı spin-yük konfigürasyonuna sahip hata merkezleri oluşturulabilmektedir. Şekil 2.3'de oluşabilecek hata türleri poliasetilen yapısı üzerinde iletkenlik teorilerinde kullanılan katı hal fiziği terimleri ile kimyasal isimlendirmeler birlikte verilerek gösterilmiştir (Roth and Bicier. 1987).
Katkılama sonucu oluşan solitonun enerji düzeyi poliasetilenin yasak enerji aralığının ortasında yer alır. Poliasetilen ve diğer konjuge polimerlerde katkılama ile polaronik hatalar da oluşur ve polaronun elektronik enerji düzeyleri, yasak enerji aralığında simetrik olarak iletkenlik ve değerlik bandına yakın konumlarda yer alır.
Katkı maddesinin fazla eklenmesi halinde veya elektrokimyasal olarak katkılama miktarının dolayısı ile polaronların derişimi daha da arttırılırsa, polaronlar kendi aralarında etkileşerek bipolaronları oluştururlar. Soliton türü hataların sadece zincir boyunca aktarımının mümkün olmasına karşılık bipolaronik hataların bir zincir üzerinden diğerine atlayabilecekleri de belirtilmiştir.
Sonuç olarak yukarıda açıklandığı gibi katkılama ile polimerlerde, yasak enerji aralığındaki enerji düzeylerine yerleşen soliton, polaran ve bipolaron gibi yapılar polimerlere iletkenlik kazandırmaktadır.
8.3. İletken Polimerlerin Uygulama Alanları:
İletken polimerlerin en önemli uygulama alanlarından birisi doldurulabilir pillerdir. Bunun yanında bu malzemelerin elektronikte ve elektrokimyasal çalışmalarda önemli uygulamaları ortaya çıkarılmıştır. Poliasetilenin elektrokimyasal yöntemlerle hem anyonik hem de katyonik olarak katkılanabileceğinin bulunması ile doldurulabilir pillerde elektrot malzemesi olarak kullanımı gerçekleştirilmiştir. Kurşun asitli akü ile karşılaştırıldığında poliasetilen pilinin çok hafif olduğu ve daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip olduğu anlaşılmıştır.

Ancak poliaserilen pilinin hava oksijeni ile bozunduğu ve termal kararlılığının katkılama ile azaldığı saptanmıştır (Valhatra et al. 1986). Doldurulabilir piller için elektrot malzemesi olarak polipirol, politiyofen ve polianilin havada daha kararlı olduklarından pollasetilene tercih edilmektedirler. Polipırolden yapılmış doldurulabilen pil Almanya'da BASF firması tarafından imal edilmiş olup halen denenmektedir.
İletken polimerlerin diğer bir uygulama alanı da elektrokatalizdir. Polipirol içinde tutuklanmış ftalosiyanin anyonunun oksijenin elektro indirgenmesini katalizlediği kanıtlanmıştır.
İletken polimerler fotoelektrokimyasal hücrelerde elektrot malzemesi olarak kullanılabilmektedir. Örneğin elektrokimyasal olarak hazırlanmış politiyofen güneş ışığı ile aydınlatıldığında önemli miktarda fotoakımın oluştuğu gözlenmiştir. Ayrıca fotoelektrokimyasal hücrelerde kullanılan yan iletken elektrotlar veya tozlar iletken polimerlerle kaplandığında istenmeyen fotokorozyon olayının önlendiği bulunmuştur (Valhatra et al., 1986). Buna ek olarak iletken polimerlerin bünyesine sokulabilecek ve görünür bölgede ışığı absorblayan bir boyar madde yardımı ile elektrot tepkimesi sensitize edilebilmekte ve güneş enerjisi ile daha verimli bir biçimde hidrojen gazı üretilebilmektedir. Bu tür bir uygulamada polipirolle kaplı nTiO2 üzerine anyon halinde yerleştirilen florosein yardımıyla fotokatilitik yoldan hidrojen oluşumu gerçekleştirilmiştir (Yıldız et al., 1989). Bundan başka polipirolle kaplı altın mikroelektrotlarla kimyasal transistorun yapımı gerçekleştirilmiştir. İletken polimerlerin iletkenlik değerleri katkılanmayla orantılı olarak yalıtkan ve metalik değerler arasında değiştirilebildiğinden, bunların açma-kapama ve hafıza elemanı olarak elektrooptik uygulamalarda kullanılmaları da mümkün olmaktadır.
Ayrıca yukarıda özetlenen uygulamalar dışında iletken polimerier nem sensörü, gaz sensörü ve radyasyon detektörü olarak da kullanılmaktadır. Bu tür sensör uygulamaları polimerlerin iletkenlik değerlerinin ortamdaki nem miktarı, radyasyon miktarı ve NO, NO2, CO kısmi basınçlarıyla değişmesi esasına dayanmaktadır.
Bazı ilaçların elektriksel sinyaller uygulanarak mikrodozajlar düzeyinde belli zaman aralıklarında ve istenilen bir hızda bir yüzeyden belli bir ortama salınması, modern tıp uygulamalarında önemlidir.

Elementlerin Özellikleri ve Kullanım Alanları

01. Alkali Metaller

01.01. Na (sodyum) Metali
01.02. K (potasyum) Metali
01.03. Li (lityum) Metali
01.04. Alkali Metallerin Kimyasal ve Fiziksel Özellikleri

02.01. Be (berilyum) Metali
02.02. Mg (magnezyum) Metali
02.03. Ca (kalsiyum) Metali

·Metal yariçapi artar.
·Metaller yumusadigi için erime ve kaynama noktalari azalir.
·Oldukça elektropozitif olduklari için elektron vermeleri çok kolaydir.
·Kesildiklerinde mat bir yüzey gözlenir.
·Halojenlerle çok siddetli reaksiyon verirler.
·Oldukça kuvvetli indirgen ajanlardir.
·Koordinasyon kabiliyetleri zordur.
·Isi ve elektrigi çok iyi iletirler.

RADYOAKTİFLİK

• RADYOAKTİFLİK
Kendiliğinden ışıma yapabilen maddelere radyoaktif maddeler denir. Radyoaktiflik çekirdek yapısıyla ilişkilidir. Radyoaktif bir atom hangi bileşiğin yapısına girerse o bileşiği radyoaktif yapar.
Radyoaktif elementler kuvvetli birer enerji kaynağıdır. Radyoaktif elementler bu enerjiyi kendiliklerinden yayınlarlar ve bu olayı hiçbir şekilde durdurmak mümkün değildir.
Radyoaktif elementin tek başına bulunması, bileşik içinde bulunması, katı, sıvı, gaz, iyon halinde bulunması radyoaktif özelliğini etkilemez.
Atomun radyoaktif özellik göstermesinde çekirdekteki proton sayısının nötron sayısına oranı etkilidir. Kararlılık kuşağı dediğimiz, aşağıdaki diyagramda görülen p/n oranı 1 ve 1'e yakın olan atomlar kararlıdır. Yani radyoaktif değildir.
Grafikte de görüldüğü gibi hafif atomlarda, (kütle numaraları düşük) çekirdekte, aşağı yukarı eşit sayıda proton ve nötron bulunduğu halde, ağır elementlerin kararlı yani radyoaktif olmayan çekirdekleri protondan daha çok nötron bulundurur.
Kararlılık kuşağı içerisinde bulunmayan çekirdekler radyoaktiftir. Bu şekilde olan atomlar daha kararlı hale gelmek için ışımalar yaparlar. Işıma yapan atomlara radyoaktif atomlar denir.

RADYOAKTİF IŞIMALAR
Işıma; atomun yapısından bazı parçaların atılmasıdır.
a. Alfa (a) Işıması
şeklinde olduğu bilinmelidir.
a tanecikleri (+) yüklü taneciklerdir.

a ışıması

b. Beta (b–) Işıması
şeklinde olduğu bilinmelidir.
b tanecikleri (–) yüklü taneciklerdir.

b– ışıması
Beta ışımasında bir nötron bir protona dönüşür. Yani,

Bu esnada çekirdekten bir elektron kütlesine eşit ağırlıkta bir parçacık fırlatılır. Buna b denir.
Beta ışıması b veya b– şeklinde gösterilir.

c. Gama (g) Işıması
Yükü ve kütlesi olmayan ışınlardır. Enerjisi fazla olan atomlar g ışıması yaparak kararlı hale geçerler. g ışınları saf enerjidir.
g ışıması mutlaka bir başka çekirdek tepkimesinden sonra gerçekleşir.

d. Pozitron ( b+ ) Işıması
Pozitronun kütlesi, elektronun kütlesine eşit +1 yüklü bir parçacıktır.
Bir protonun bir nötrona dönüşmesiyle oluşur.


e. Elektron Yakalama
Kararsız olan çekirdeğin 1s orbitalinden bir elektron almasına denir. Elektron -1 yüklü, çekirdekteki proton +1 yüklü olduğundan çekirdeğe elektronun girmesi ile bir proton bir nötrona dönüşür.

f. Nötron Işıması

n ışıması
nötron ışımasıyla atom izotopuna dönüşmüş olur.

Bahsedilen bu ışımalar sonucu atom kararlılık kazanırsa radyoaktiflik özelliği de
sona erer.

RADYOAKTİF BOZUNMALARIN HIZI
Yarılanma Süresi  nedir
Radyoaktif maddeler kendilerine has hızlarla parçalanırlar. Parçalanma hızı sıcaklığa, basınca, maddenin fiziksel haline bağlı değildir.
Radyoaktif bozunma hızı, oluşan çekirdeğin kararlılığı için bir ölçüdür ve genellikle yarılanma süresi olarak verilir. Yarılanma süresi demek, maddenin başlangıç miktarı ne olursa olsun, maddenin yarısının bozunması için geçen zamandır ve her izotop için ayrı ayrıdır.
Bir radyoaktif element atomlarının parçalanarak yarıya inmesi için geçen zamana yarılanma süresi veya yarı ömür denir. Radyoaktif bozunmalarda atom parçalanarak başka atoma dönüşecektir.
Mesela; 10 gramlık yarı ömrü t yıl olan radyoaktif madde, t yıl sonra 10 gramdan 5 grama, 2t yıl sonra 2,5 grama düşecektir.
Bir atoma ait birden fazla izotopun her biri radyoaktif olabilir. Fakat bu radyoaktif atomların kararlılıkları farklı farklıdır. Yarılanma süresi uzun olan radyoaktif maddeler yarılanma süresi kısa olan radyoaktif maddelere göre daha kararlıdırlar.

YAPAY RADYOAKTİFLİK
Eğer kararlı bir çekirdek bazı taneciklerle bombardıman edilirse yapay radyoaktiflik meydana gelir. Bombardımanı yapan taneciklerin enerjisi yeteri kadar büyükse çekirdek bunlarla birleşerek yeni bir çekirdek oluşturur. Eğer bu yeni oluşan çekirdek kararsızsa radyoaktif bozunmaya uğrar. Mesela 12C çekirdeği enerjisi arttırılmış protonlarla bombardıman edilirse radyoaktif hale gelir.

Yeni oluşan çekirdeği radyoaktiftir. atomu radyoaktif
bozunmaya uğrayacaktır.

Yapay çekirdek tepkimeleri şu özellikleriyle kimyasal tepkimelere benzer.
a. Tepkime sırasında enerji alınır ya da verilir.
b. Tepkimelerin genellikle belirli bir aktifleşme enerjisi vardır.

Yapay çekirdek tepkimeleri, kimyasal tepkimelerden farklı olarak;
a. Atomdaki proton, nötron sayıları değişir.
b. Toplam madde miktarında çok az olsa ölçülecek kadar değişme olur.
c. Tepkimeler yalnızca o izotopa özgüdür.
Çekirdek tepkimeleri ile tabiatta bulunmayan elementlerin izotopları sentezlenebilir.

Fisyon (Bölünme) Tepkimeleri
Kararlılığı az ve büyük olan çekirdeklerin kararlı küçük çekirdeklere dönüşmesine fisyon tepkimesi denir.
Bu olayda büyük miktarda enerji açığa çıkar.

Bölünme tepkimeleri atom bombalarının yapımında kullanılmıştır.

Füzyon (Kaynaşma) Tepkimeleri
Hafif ve kararlılığı az olan çekirdeklerin, birleşerek ağır ve kararlı çekirdek oluşturmasına füzyon tepkimesi denir.
Bu olayda da çok enerji açığa çıkar. Hidrojen bombasının temeli bu tepkimedir.

Bu tepkimenin güneşte de olduğu kabul edilmektedir. Kaynaşma tepkimeleri çok yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilebilmektedir. Bu nedenle hidrojen bombasının yapılması atom bombasındaki çekirdek tepkimesinden elde edilen enerji ile gerçekleştirilebilmektedir.

REAKSİYON ENTALPİSİ

• REAKSİYON ENTALPİSİ (ISISI)
Reaksiyonlar ısı yönüyle ikiye ayrılır.
1. Ekzotermik reaksiyonlar (ısı veren)
2. Endotermik reaksiyonlar (ısı alan)
Bir kimyasal reaksiyon söz konusu ise mutlaka enerji değişimi olur. Ya dışarıya ısı verilir ya da çevreden ısı alınır.
H2+ 1/2 O2 ® H2O + 68 k.kal (Ekzotermik reaksiyon)
N2 + O2 + 42 k.kal ® 2NO (Endotermik reaksiyon)

ENTALPİ (DH)
Herhangi bir madde bir kimyasal reaksiyonda dışarıya enerji vererek başka bir maddeye dönüşüyorsa, açığa çıkan enerji önceden başlangıçtaki maddede depo edilmiş halde bulunmalıdır.
Aynı şekilde oluşan maddeler de, başka bir maddeye dönüşürken gene enerji verebildiklerine göre bu maddelerde depo edilmiş enerji vardır denilebilir.
Herhangi bir maddenin kimyasal yapısına bağlı olarak depo edilmiş olan bu enerjiye ısı kapsamı denir. Sabit basınçta H ile gösterilir.
İç enerji değişimine entalpi adı verilir. Her maddenin kendi içinde bulundurduğu bir iç enerjisi vardır.
DH ile gösterilir.
Bir maddenin katı, sıvı, gaz hallerinde entalpi değerleri farklıdır.

Entalpi;
a. Madde miktarına
b. Maddenin fiziksel haline
c. Basınca bağlıdır.
DH : (+) işaretli ise ya da DH > 0 ise olay endotermiktir.
DH : (-) işaretli ise ya da DH < 0 ise olay ekzotermiktir.



OLUŞUM ENTALPİSİ (ISISI)
Elementlerin ve tabiatta bulunan halleri ile tek cins atomdan oluşmuş moleküllerin
(Na, Fe, H2, O2…) entalpileri sıfır kabul edilmiştir.
Elementlerin bir araya gelerek 1 mol bileşik oluştururken kullanılan ısıya ya da açığa çıkan ısıya oluşum entalpisi denir.
C + O2 ® CO2 DH = -94 k.kal
C ve O2'nin entalpisi sıfır olduğundan CO2'nin oluşum entalpisi -94 k.kal/mol'dür.
2Fe + 3/2 O2 ® Fe2O3 + 190 k.kal
denklemine göre Fe ve O2'nin entalpileri sıfır olduğundan Fe2O3'ün oluşum entalpisi
–190 k.kal/mol' dür denilir.

REAKSİYON ENTALPİSİ

DH = DHürünler- DHgirenler

Ürünlerin oluşum entalpileri toplamından, girenlerin oluşum entalpileri toplamı çıkarılarak reaksiyonun DH'ı hesaplanır.

HESS KANUNU nedir
(Reaksiyon Isılarının Toplanabilirliği)
Bir reaksiyon ister tek kademede oluşsun, isterse birden fazla tepkimenin toplamından oluşsun neticede ısı değişimi aynı olur.
Bir tepkimenin entalpisi, tepkimenin izlediği yola (kademe sayısı) bağlı değildir.

1. Reaksiyon ters çevrilince DH işaret değiştirir.
2. Reaksiyon herhangi bir katsayı ile çarpılırsa DH'da çarpılır.
3. Reaksiyonlar toplanırsa DH'lar da toplanır.

şeklinde sıralanır.

Örnek
2A + 3B ® 4C + 3D DH=+a k.kal
A + 3E ®2C + 3D DH= - b k.kal
olarak verildiğine göre;
B+D ® 2E
tepkimesinin DH değeri a ve b cinsinden nedir?

Çözüm
Verilen denklemler yardımıyla bilinmeyen denklemin DH'ı hesaplanacaktır.
Bu işlem için I. denklem 1/3 ile çarpılmalıdır.
Çünkü sorulan denklemde B bir mol'dür.

1. denklemin DH değeri a/3 olur.
2. denklem ters çevrilmeli ve 2/3 ile çarpılmalıdır.

ters çevrildiği için -b değeri b ye ve 2/3 b olur. tepkimeler toplandığından DH'lar da toplanır.

HAL DEĞİŞMELERİ
Bir maddeye verilen enerji maddenin sıcaklığını artırıyorsa maddeye verilen enerji
Q = m.c. Dt formülüyle hesaplanır. Maddeye verilen enerji maddenin sıcaklığını değiştirmeden fiziksel halini değiştiriyorsa maddeye verilen enerji Q = m.l formülü ile hesaplanır.
Katı bir maddenin ısıtılması sırasında erime noktasına kadar maddenin sıcaklığı artar ve katının ısınması sırasında aldığı ısı;

formülüyle bulunur.
Erime noktasına gelmiş olan katının erime süresince sıcaklığı değişmez, fakat maddeyi eritmek için ısı verilmektedir. Bu verilen ısı maddenin katı halden, sıvı hale geçmesini sağlamaktadır.
Q = m.le
le: Bir maddenin 1 gramının katı halden sıvı hale geçebilmesi için verilmesi gereken ısı miktarıdır.
Tamamen sıvı hale dönüşmüş olan maddeye ısı verilmeye devam edilirse sıvı ısınmaya başlar ve kaynama noktasına kadar sıcaklığı artar.
Q = m.c.Dt ile sıvının aldığı ısı bulunur.
Sıvı kaynamaya başladığı andan, tamamen buharlaşıncaya kadar geçen zaman içerisinde sıcaklığı değişmez.
Verilen ısı Q = m.lb (lb: 1 gram maddenin sıvı halden, gaz hale geçmesi için verilen ısıdır.)
Tamamen gaz haline geçen maddeye ısı verilmeye devam edilirse gazın sıcaklığı artacaktır ve gazın aldığı ısı Q = m.c.Dt formülü ile bulunur.
Bir maddeye verilen ısı, o maddenin ya sıcaklığında bir değişiklik yapar ya da halinde (durumunda) bir değişiklik yapar. Bir madde erime noktasına kadar ısıtıldıktan sonra erimesi tamamlanıncaya kadar verdiğimiz enerji sıcaklık değişimine sebep olamaz. Dolayısıyla verilen enerji maddenin hal değişimine uğramasına yol açmıştır.

(Buz için ısınma eğrisi)

Not: Farklı sıcaklıklarda iki madde karıştırıldığında sıcaklığı fazla olandan düşük olana ısı geçişi olacaktır.
Her zaman Q verilen=Q alınan

BAĞ ENERJİLERİ
İki atom arasındaki bağı koparabilmek için verilmesi gereken enerjiye bağ enerjisi denir.
Bağın koparılması endotermik bir olay olduğuna göre bağın oluşumu ekzotermiktir.
Bağ oluşurken koparmak için verdiğimiz enerji kadar ısı açığa çıkar.
Bağ enerjisi ne kadar fazla ise bileşik o kadar kararlıdır.
Bağ enerjileri kullanılarak reaksiyonun DH'ı hesaplanabilir.


NOT : Herhangi bir kimyasal reaksiyon oluşması için reaksiyona giren maddelerin belirli bir enerjiye sahip olmaları gerekir. Bu enerji bağı koparmak için verilmesi gereken enerjidir.