Elektrický vodič

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Tento článek je o elektricky vodivé látce. O elektrotechnickém výrobku z takové látky pojednává článek Vodič (elektrotechnický výrobek).
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

[5]

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. MUDRŇKOVÁ, Anna. Elektrotechnické materiály I.. Praha: VOŠ a SPŠ elektrotechnická Františka Křižíka, 2016. Dostupné online. ISBN 978-80-88058-90-8. 
  2. VLČEK, Jiří. Jednoduchá elektrotechnika. [s.l.]: [s.n.], 2005. ISBN 999-00-001-7423-2. 
  3. 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. 
  4. 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. 
  5. 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]