Elektrický vodič
Elektrický vodič je látka schopná vedení elektrického proudu. Elektrický vodič musí obsahovat volné částice s elektrickým nábojem, nejčastěji elektrony, příp. kladné nebo záporné ionty. Lze také definovat jako látka s rezistivitou pohybující se mezi 10−6 a 10−8 Ωm.[1]
V elektrotechnice se slovem vodič také rozumí vodivý drát, kabel, pásek nebo lanko, které se použijí pro vodivé propojení součástek v elektrickém obvodu.
Dělení vodičů[editovat | editovat zdroj]
Podle mechanismu vedení elektrického proudu dělíme vodiče na 2 skupiny:
- vodiče 1. řádu (kovy a uhlík ve formě grafitu)
- El. proud přenáší volné elektrony. Vodiče se při průchodu el. proudu chemicky nemění
- vodiče 2. řádu (roztoky a taveniny iontových solí = elektrolyty)
- Proud přenášejí el. nabité částice zvané ionty. Jejich pohybem dochází k přenosu hmoty a chemickým změnám. Ionty jsou proti elektronům větší, jejich pohyblivost je menší, takže i vodivost je nižší.
Vodivost a odpor vodiče[editovat | editovat zdroj]
Schopnost vodiče vést elektrický proud vyjadřuje veličina elektrická vodivost, což je převrácená hodnota elektrického odporu. Jednotkovou vodivost látky (vodivost 1 m vodiče o průřezu 1 m²) udává veličina konduktivita látky, převrácenou hodnotou (jednotkový odpor vodiče) udává veličina rezistivita látky.
Vodivost G, resp. odpor R vodiče lze z jeho vlastností vypočítat podle vztahu , resp. , kde σ je konduktivita vodiče, ρ je rezistivita vodiče, S je obsah průřezu vodiče, l je délka vodiče.
Závislost vodivosti a odporu na teplotě[editovat | editovat zdroj]
Vodivost, resp. odpor vodičů závisí na teplotě. S rostoucí teplotou klesá vodivost, resp. stoupá odpor vodičů. To lze vysvětlit tepelným pohybem těch částic ve vodiči, které se neúčastní elektrického proudu, ale brání volným nabitým částicím v jejich pohybu.
Změnu odporu ΔR na teplotě popisuje vztah , kde R0 je počáteční odpor vodiče, α je teplotní součinitel odporu, Δt je rozdíl teplot.
Závislost vodivosti a odporu na teplotě odlišuje elektrické vodiče od polovodičů, u kterých je tato závislost opačná.
Při ochlazení některých látek na teplotu blízkou absolutní nule dojde k jevu nazývanému supravodivost, kdy odpor náhle poklesne na nulu. Takové látky se nazývají supravodiče.
Zahřívání vodičů[editovat | editovat zdroj]
Každý vodič se průchodem elektrického proudu zahřívá, elektrická energie se mění na teplo, které se nazývá Jouleovo teplo. Množství tepla Q se vypočte např. vztahem , kde R je odpor vodiče, t je čas, po který elektrický proud I protéká vodičem.
Aby se vodič příliš neohříval, neměla by hustota procházejícího proudu být vyšší než cca 4 A/mm2 (u mědi a hliníku).[2]
Používané materiály[editovat | editovat zdroj]
Dobré vodiče (s velkou vodivostí, resp. malým odporem) se zahřívají málo, nedochází k velkým ztrátám elektrické energie. Je vhodné je použít na výrobu přívodních vodičů a kabelů. Mezi dobré vodiče se řadí zpravidla: stříbro, měď, zlato a hliník.
V elektrotechnice se velmi často používá elektrotechnická (též elektrovodná) měď.
- ČSN 42 3000[3]: Cu99,95 RCu ≦ 17,24 nΩ.m²/m při 20 °C
- ČSN 42 3001[4]: Cu99,9E, RCu ≦ 17,86 nΩ.m²/m při 20 °C
Závislost odporu na teplotě: RCu(θ) = RCu·(234,5+θ)/(234,5+20), kde θ je teplota ve °C.
Vodiče s malou vodivostí (velkým odporem) se zahřívají hodně, ve vodiči vzniká velké množství tepla. Takové vodiče se používají např. jako topné spirály v tepelných elektrických spotřebičích. Někdy se též označují jako odporové vodiče. Existují i další vodiče (uhlík, některé kovové slitiny), které se využívají v elektrotechnice jako součást kluzných kontaktů, přestože se vyznačují velkým odporem. Mezi takové vodiče patří např.: nikelin, konstantan či nichrom.
| Látka | Složení | ρ [nΩ·m] (při 20 °C) | α [10 −3K−1] |
|---|---|---|---|
| Cín | Sn | 115 | 4,2 |
| Hliník | Al | 28 | 4,9 |
| Konstantan | 54 % Cu, 45 % Ni, 1 % Mn | 490 | −0,03 |
| Měď | Cu | 18 | 6,8 |
| Mosaz | 50–99 % Cu, Zn | 75 | 2–7 |
| Nichrom | 78 % Ni, 20 % Cr, 2 % Mn | 1080 | 0,2 |
| Nikelin | 67 % Cu, 30 % Ni, 3 % Mn | 400 | 0,11 |
| Olovo | Pb | 207 | 4,2 |
| Platina | Pt | 110 | 3,9 |
| Stříbro | Ag | 17 | 3,8 |
| Tantal | Ta | 155 | 3,8 |
| Uhlík (grafit) | C | 330–1850 | −6 až 12 |
| Wolfram | W | 50 | 4,1 |
| Zlato | Au | 23,5 | 4 |
| Železo | Fe | 98 | 6 |
Odkazy[editovat | editovat zdroj]
Reference[editovat | editovat zdroj]
- ↑ MUDRŇKOVÁ, Anna. Elektrotechnické materiály I.. Praha: VOŠ a SPŠ elektrotechnická Františka Křižíka, 2016. Dostupné online. ISBN 978-80-88058-90-8.
- ↑ VLČEK, Jiří. Jednoduchá elektrotechnika. [s.l.]: [s.n.], 2005. ISBN 999-00-001-7423-2.
- ↑ ČSN 42 3000 - Cu99,95 - MĚĎ TVÁŘENÁ - náhled normy. České technické normy [online]. Český normalizační institut (nyní Česká agentura pro standardizaci), 1994-03-01 [cit. 2016-06-27]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2016-08-11.
- ↑ ČSN 42 3001 - Cu99,9E - MĚĎ ELEKTROVODNÁ - náhled normy. České technické normy [online]. Federální úřad pro normalizaci a měření (nyní Česká agentura pro standardizaci), 1990-04-10 [cit. 2016-06-27]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2016-08-11.
- ↑ MIKULČÁK, Jiří. Matematické, fyzikální a chemické tabulky pro SŠ. Praha: Prometheus, 2010. 206 s. ISBN 978-80-7196-345-5.
Související články[editovat | editovat zdroj]
Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]
Obrázky, zvuky či videa k tématu elektrický vodič na Wikimedia Commons
