Elektrický vodič

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Prejsť na: navigácia, hľadanie
Pre elektrický vodič ako zariadenie na prenos elektrickej energie pozri vodič (elektrotechnika)

Elektrický vodič z hľadiska fyziky je materiál (látka), ktorá vedie elektrický prúd, tzn. prúd elektrónov alebo iónov, ktoré so sebou nesú energiu v podobe elektrického náboja (jedna z ich vlastností). Schopnosť vodiča viesť elektrický prúd sa nazýva elektrická vodivosť. Poznáme vodiče na báze elektrónovej vodivosti (kovy a grafit) a vodiče na báze iónovej vodivosti (elektrolyty).

Pri elektrónovej vodivosti prúd prenášajú voľné elektróny. Vodiče sa vedením prúdu chemicky nemenia. V elektrolytoch prúd prenášajú elektricky nabité častice – ióny. Pohybom častíc dochádza aj k pohybu hmoty a k následným chemickým zmenám. Rýchlosť pohybu iónov v elektrolyte je menšia ako rýchlosť elektrónov, preto majú elektrolyty nižšiu vodivosť.

Vodivosť[upraviť | upraviť zdroj]

Schopnosť vodiča viesť elektrický prúd vyjadruje veličina elektrická vodivosť, čo je prevrátená hodnota elektrického odporu. Jednotková vodivosť vodiča alebo tiež merná vodivosť (vodivosť 1m vodiča s priemerom 1 m²) nazývame konduktivita vodiča, jeho prevrátená hodnota je potom jednotkový odpor vodiča (merný odpor) – rezistivita vodiča.

Vodivosť G, resp. odpor R vodiča vypočítame G = \sigma\frac{S}{l}, resp. R = \rho \frac {l}{S}, kde σ je konduktivita vodiča, ρ je rezistivita vodiča, S je obsah prierez vodiča, l je dĺžka vodiča.

Teplotné závislosti[upraviť | upraviť zdroj]

Vodivosť (a tým odpor) vodiča, je závislý na jeho teplote. So stúpajúcou teplotou klesá vodivosť a rastie odpor. Fyzikálne tento jav vysvetľujeme tepelným pohybom tých častíc vo vodiči, ktoré sa nezúčastňujú vedenia elektrického prúdu, ale bránia voľným nabitým časticiam v ich pohybe.

Zmenu odporu ΔR na teplote popisuje vzťah \Delta R = R_0 \alpha \Delta t , kde R0 je počiatočný odpor vodiča, α je teplotný súčiniteľ odporu, Δt je rozdiel teplôt.

Extrémne – pri ochladení vodiča na teplotu blízku absolútnej nule dochádza k javu supravodivosti – vodič nekladie elektrickému prúdu žiaden odpor – vzniká supravodič.

Keďže každý vodič (okrem supravodičov) kladie elektrickému prúdu odpor, spotrebováva elektrickú energiu. Takto spotrebovaná elektrická energia sa mení na teplo, ktoré nazývame Joulovo teplo. Množstvo tepla Q sa vypočíta vzťahom Q = R . I^2 . t, kde R je odpor vodiča, t je čas, počas ktorého preteká elektrický prúd I vodičom.

Dobré a zlé vodiče[upraviť | upraviť zdroj]

Na výrobu vodičov sa používajú kovy ktoré sú "dobrými vodičmi" čiže kladú prechádzajúcemu elektrickému prúdu nízky odpor. Najčastejšie používanými kovmi na výrobu elektrických vodičov sú meď, hliník, striebro, zlato, platina. Kovy sa obvykle používajú v zliatinách, ktoré vylepšujú ich mechanické vlastnosti.

Zliatiny používané v elektrotechnike:

  • zliatiny medi: fosforový a berýliový bronz, mosadz a niklová mosadz
  • zliatiny striebra: striebro + meď, striebro + paládium (tzv. tvrdé striebro) na kontakty stykačov
  • zliatiny zlata: zlato + nikel, zlato + striebro + nikel
  • wolfrám + molybdén (na vysoké napätia)

Nepravé zliatiny (zhotovujú sa práškovou metalurgiou) používajú sa hlavne pre vysokonapäťové kontakty.

  • wolfrám + striebro
  • wolfrám + meď
  • molybdén + striebro
  • striebro + grafit
  • striebro + nikel
  • striebro + nikel + grafit
  • striebro + olovo
  • meď + kadmium
  • meď + olovo

Zlé vodiče vodiče s malou vodivosťou, resp. veľkým odporom sa prechodom elektrického prúdu zahrievajú silne – vo vodiči vzniká veľké množstvo tepla. Táto vlastnosť sa využíva v tepelných elektrických spotrebičoch (žehlička, ohrievač, elektrická rúra…). Medzi zlé vodiče patria nikelín, konštantán, chrómnikel, grafit

Merný odpor niektorých vodičov pri 20 °C
materiál zloženie merný odpor ρ [µΩcm] teplotný koeficient odporu α [K−1] použitie
Cín Sn 11,5 0,0042 spájka
Hliník Al 2,828 0,0049 vedenia a inštalácie
Kantal A-1 72 % Fe, 20 % Cr, 5 % Al, 3 % Co 145 0,00006 vinutia pecí do 1 300 °C
Konštantán 54 % Cu, 45 % Ni, 1 % Mn 49 −0,00003 presné odpory, reostaty
Manganín 86 % Cu, 2 % Ni, 12 % Mn 48 0,00001 presné odpory, bočníky
Meď Cu 1,75 0,00392 vodiče
Mosadz 50 – 99 % Cu, Zn 7,5 0,002 – 0,007 konštrukčný materiál
Nichrom 78 % Ni, 20 % Cr, 2 % Mn 108 0,0002 vyhrievacie telesá do 1 200 °C
Nikelín 67 % Cu, 30 % Ni, 3 % Mn 40 0,000 11 reostaty, regulačné odpory
Platina Pt 10,9 0,0039 elektódy, odporové teplomery
Striebro Ag 1,629 0,00381 poistky, kontakty, polovodiče
Tantal Ta 15,5 0,00382 vysokoteplotné vákuové pece
Uhlík (grafit) C 33 – 185 −0,006 až 0,0012 opory, špeciálne vyhrievacie telesá, elektródy
Zlato Au 2,35 - kontakty, elektronika
Železo Fe 9,8 0,006 konstrukčný materiál, uzemnenia, bleskozvody

Zdroje[upraviť | upraviť zdroj]