Elektrické vodiče: Definice, typy a vlastnosti

Elektrický vodič je materiál, který umožňuje elektrickému náboji proudit s malou odpor. Elektrické vodiče jsou obvykle kovy, jako měď, stříbro, zlato, hliník a železo. Mají mnoho volných elektronů, které se snadno pohybují, když je aplikováno elektrické pole. Elektrické vodiče se používají k výrobě drátů, kabelů, obvodů a jiných zařízení, které přenášejí elektrický proud.

Co je elektrický vodič?

Elektrický vodič je definován jako objekt nebo typ materiálu, který umožňuje tok náboje v jednom nebo více směrech. Materiály vyrobené z kovů jsou běžnými elektrickými vodiči, protože kovy mají vysokou vodičnost a nízký odpor.

Elektrické vodiče umožňují elektronům proudit mezi atomy tohoto materiálu s driftovou rychlostí v vodičovém pásmu. Vodičové pásmo je energetická úroveň, kde elektrony mohou svobodně pohybovat uvnitř materiálu. Vodič je tvořen atomy, které mají slabě vázané valenční elektrony, které mohou být excitovány elektrickým polem nebo tepelným efektem. Když se elektron přesune z valenčního pásma do vodičového pásma, zanechá pozitivní díru, která také může nést náboj.

Elektrické vodiče mohou být kovy, slitiny kovů, elektrolity nebo některé nemetaly jako grafit a vodičné polymery. Tyto materiály umožňují elektriku (tj. tok náboje) snadno procházet skrz ně.

Jak vodič vedou proud?

Proud v vodiči je měrou toku náboje skrz průřez vodiče. Proud je úměrný elektrickému poli a vodičnosti materiálu. Elektrické pole je vytvořeno potenciálním rozdílem nebo napětím napříč vodičem. Vodičnost je mírou, jak snadno materiál umožňuje náboj procházet skrz něj.

Když je na vodič aplikován potenciální rozdíl, elektrony v vodičovém pásmu získají energii a začnou driftovat od záporného terminálu k kladnému terminálu zdroje napětí. Směr proudu je opačný k směru toku elektronů, protože proud je definován jako tok kladného náboje. Elektrony kolizují s atomy a jinými elektrony v vodiči, což způsobuje odpor a vytváření tepla. Odpornost je mírou, jak moc materiál brání toku náboje skrz něj.

Proud v vodiči závisí na několika faktorech, jako jsou:

• Potenciální rozdíl napříč vodičem

• Délka a průřez vodiče

• Teplota a složení materiálu

• Přítomnost nečistot nebo vad v materiálu

Jaké jsou vlastnosti elektrických vodičů?

Některé z hlavních vlastností elektrických vodičů jsou:

• Mají vysokou vodičnost a nízký odpor

• Mají mnoho volných elektronů v vodičovém pásmu

• Nemají energetickou mez mezi valenčním pásmem a vodičovým pásmem

• Mají kovové vazby, které tvoří mřížku kladných iontů obklopenou elektronovou mračnu

• Nemají elektrické pole a hustotu náboje uvnitř sebe

• Mají volné náboje pouze na povrchu

• Mají elektrické pole kolmé k povrchu

Jaké jsou typy elektrických vodičů?

Elektrické vodiče lze klasifikovat podle jejich ohmovské odpovědi, která je způsob, jakým dodržují Ohmovův zákon. Ohmovův zákon říká, že proud v vodiči je přímo úměrný potenciálnímu rozdílu napříč ním a nepřímo úměrný jeho odporu.

Ohmovské vodiče

Ohmovské vodiče jsou materiály, které dodržují Ohmovův zákon pro jakýkoli potenciální rozdíl a teplotu. Mají lineární vztah mezi napětím a proudem, což znamená, že jejich odpor je konstantní. Většina kovů je ohmovskými vodiči za normálních podmínek.

Příklady: Stříbro, měď, hliník, železo, atd.

Neeohmovské vodiče

Neeohmovské vodiče jsou materiály, které nedodržují Ohmovův zákon pro jakýkoli potenciální rozdíl nebo teplotu. Mají nelineární vztah mezi napětím a proudem, což znamená, že jejich odpor se mění s aplikovaným napětím. Neeohmovské vodiče mohou ukazovat negativní odpor, kdy proud klesá s rostoucím napětím, nebo pozitivní odpor, kdy proud roste s rostoucím napětím, ale neúměrně. Některé neeohmovské vodiče mohou také mít práh napětí, pod kterým žádný proud neproudí.

Pevné vodiče

Pevné vodiče jsou materiály, které mají pevnou formu a objem. Mohou být dále rozděleny na kovové a nekovové vodiče.

• Kovové vodiče: Jsou kovy nebo slitiny kovů, které mají vysokou vodičnost a nízkou odporivost. Mají mřížovou strukturu kladných iontů obklopenou mořem volných elektronů. Příklady kovových vodičů jsou stříbro, měď, zlato, hliník, železo, mosaz, bronz, at