2E - Elektrická vodivost látek
Z pohledu vodivosti dělíme látky na: vodivé, polovodivé a nevodivé.
Vodivé látky
Jsou to látky, které jsou schopny vést elektrický proud velmi dobře. Většinou kovy, elektrolyty. Nositeli náboje jsou volné elektrony (viz kovová vazba), nebo ionty v případe elektrolytů. V pásovém modelu se valenční a vodivostní pás překrývají, proto elektrony nepotřebují dodat energii pro přechod mezi pásy.
Kovy
Nosiči jsou volné elektrony, které se mohou volně pohybovat celým materiálem. Při přiložení napětí na konce materiálu dojde k uspořádanému pohybu elektronů.
Elektrolyty
Vodičem jsou ionty, které se pohybují k elektrodám s opačným nábojem. Kationy (kladně nabité ionty) se pohybují k záporně nabité elektrodě, kterou označujeme jako katodu (protože k ní se pohybují kationty). Anionty (záporně nabité ionty) se pohybují ke kladně nabité elektrodě (k anodě).
Obrázek 1: Pásový model vodičů
Vlastnosti
Mezi základní vlastnosti vodičů patří:
- Elektrický odpor (elektrická vodivost) - ideální vodič má nulový odpor (supervodivost), reálné vodiče mají malý elektrický odpor např. Ag, Au, Cu.
- S tím souvisí rezistivita (měrný odpor).
- Elektrický odpor má tepelnou závislost, u kovů je kladný součinitel (větší teplota = větší odpor), ideálně by součinitel měl být nulový.
- U vodičů se definuje i proudová hustota, tedy maximální proud ne jednotku plochy, který materiál snese převést. U mědi se uvádí hodnota kolem 4 A/mm2.
Použití
Jako elektrické vodiče - dráty.
Nevodivé látky
Označují se jako dielektrika, česky izolanty. Jsou to látky, které velmi špatně vedou elektrický proud - ideálně nevedou vůbec (vodivost je rovna nule). Nejlepším izolantem je z tohoto pohledu vakuum, jiné izolanty jsou třeba keramiky, sklo a plasty.
Pozn.: Někteří rozlišují izolanty a dielektrika. Izolanty jsou podle nich látky, u kterých je důležitý jejich izolační odpor, a dielektrika jsou látky, jejíž hlavní vlastnost je schopnost polarizace.
Obrázek 2: Pásový model izolantu
Vlastnosti
Mezi základní vlastnosti vodičů patří:
- Elektrická pevnost - maximální napětí než dojde k průrazu, definuje se jako napětí na délku např. vzduch má elektrickou pevnost 3 kV/mm.
- Permitivita
Použití
Jako izolanty oddělující od sebe dva vodiče, nosný materiál, ale používá se také v kondenzátorech, jako prostředek pro akumulaci energie na základě elektrostatické polarizace.
Polovodivé látky
Polovodivé látky jsou něco mezi vodiči a izolanty. Mají některé vlastnosti vodičů a izolantů. Přesná hranice neexistuje. Oproti izolantům v pásovém modelu mají menší zakázané pásmo (většinou se uvádí, že je menší jak 2 eV). S kovy mají podobný mechanismus vodivosti - elektron je nositelem náboje. Liší se v tepelném součiniteli odporu - u polovodičů je záporný (vyšší teplota menší odpor).
Vlastnosti polovodivých látek závisí na mnoha faktorech např. teplota, koncentrace nečistot, tvar krystalové mřížky atd.
Obrázek 3: Pásový model polovodiče
Rozlišujeme dvě vodivosti polovodičů:
- vlastní - je způsobena dodáním energie ve formě tepla, světla apod.
- nevlastní - je způsobena přítomností vhodných nečistot - vznik polovodičů typu N a P
Použití
Polovodiče mají široké použití v dnešní elektronice, patří sem tranzistory, diody, termistory varistory atd.
Přidal Vojtěch Šotola. Naposledy upravil Vojtěch Šotola dne 2020-04-20 09:29:10.