Elektrický vodič

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.
Vodiče rozdeľujeme podľa spôsobu vedenia elektrického prúdu na vodiče prvej triedy (kovy a nekovy), vodiče druhej triedy (roztoky a taveniny) a vodiče tretej triedy (plazma).

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

Vodivosť G, resp. odpor R vodiča vypočítame , resp. , kde σ je konduktivita vodiča, ρ je rezistivita vodiča, S je obsah prierez vodiča, l je dĺžka vodiča.

 Teplotné závislosti 
Vodivosť (a tým odpor) vodiča, je závislý od jeho teploty. 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 , 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 , kde R je odpor vodiča, t je čas, počas ktorého preteká elektrický prúd I vodičom.

 Dobré a zlé vodiče 
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
 volfrám + molybdén (na vysoké napätia)

Nepravé zliatiny (zhotovujú sa práškovou metalurgiou) používajú sa hlavne pre vysokonapäťové kontakty.
 volfrám + striebro
 volfrám + 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] použitieCín Sn 11,5 0,0042 spájkaHliník Al 2,828 0,0049 vedenia a inštalácieKantal A-1 72 % Fe, 20 % Cr, 5 % Al, 3 % Co 145 0,00006 vinutia pecí do 1 300 °CKonštantán 54 % Cu, 45 % Ni, 1 % Mn 49 −0,00003 presné rezistory, reostatyManganín 86 % Cu, 2 % Ni, 12 % Mn 48 0,00001 presné rezistory, bočníkyMeď Cu 1,75 0,00392 vodičeMosadz 50 – 99 % Cu, Zn 7,5 0,002 – 0,007 konštrukčný materiálNichrom 78 % Ni, 20 % Cr, 2 % Mn 1080,0002 vyhrievacie telesá do 1 200 °CNikelín 67 % Cu, 30 % Ni, 3 % Mn 40 0,000 11 reostaty, regulačné odporyPlatina Pt 10,9 0,0039 elektódy, odporové teplomeryStriebro Ag 1,629 0,00381 poistky, kontakty, polovodičeTantal Ta 15,5 0,00382 vysokoteplotné vákuové peceUhlík (grafit) C 33 – 185 −0,006 až 0,0012 rezistory, špeciálne vyhrievacie telesá, elektródyZlato Au 2,35 – kontakty, elektronikaŽelezo Fe 9,8 0,006 konštrukčný materiál, uzemnenia, bleskozvody

 Referencie 

 Iné projekty 

 Zdroje 
 Čicmanec P., Všeobecná fyzika, Elektrina a magnetizmus.
 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Tables/rstiv.html
 http://www.converter.cz/tabulky/merny-odpor.htm

Kategória:Fyzika