Elektrický vodič

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Tento článek pojednává o elektricky vodivé látce. O elektrotechnickém výrobku z takové látky pojednává článek Vodič (elektrotechnický výrobek).

Elektrický vodič je látka, která vede elektrický proud. Elektrický vodič musí obsahovat volné částice s elektrickým nábojem, nejčastěji elektrony, příp. kladné nebo záporné ionty.

V elektrotechnice se slovem vodič také rozumí vodivý drát, kabel, pásek nebo lanko, které se použijí pro vodivé propojení součástek v elektrickém obvodu.

Obsah

[skrýt]

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 = 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 $Δ R = R 0 αΔ t$ , 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.

Dobré vodiče

Dobré vodiče (s velkou vodivostí, resp. malým odporem) se zahřívají málo, nedochází k velkým ztrátám elektrické energie. Je vhodné je použít např. na přívodní vodiče.

Mezi dobré vodiče patří:

látka	rezistivita [10^-6 Ω.m]
stříbro	0,016
měď	0,0178
zlato	0,022
hliník	0,027

V elektrotechnice se velmi často používá elektrotechnická měď.

ČSN42001 E Cu 99,9 R_Cu = 0,01786 Ω.mm²/m
ČSN42002 E Cu 99,9 R_Cu = 0,01724 Ω.mm²/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.

Špatné vodiče

Špatné vodiče (s malou vodivostí, resp. 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.

Mezi špatné vodiče patří:

látka	rezistivita [10^-6 Ω.m]
nikelin	0,38 – 0,42
konstantan	0,50
chromnikl	1,1
uhlík	60