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

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

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 $G=\sigma {\frac {S}{l}}$ , resp. $R=\rho {\frac {l}{S}}$ , kde σ je konduktivita vodiče, ρ je rezistivita vodiče, S je obsah průřezu vodiče, l je délka vodiče.

Závislost vodivosti a odporu na teplotě

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 $\Delta R=R_{0}\alpha \Delta t$ , 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

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 $Q=R.I^{2}.t$ , 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

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 R_Cu ≦ 17,24 nΩ.m²/m při 20 °C
ČSN 42 3001^[4]: Cu99,9E, R_Cu ≦ 17,86 nΩ.m²/m při 20 °C

Závislost odporu na teplotě: R_Cu(θ) = R_Cu·(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

Reference

↑ 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

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu elektrický vodič na Wikimedia Commons

[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.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]