Všechny materiály existující v přírodě se liší svými elektrickými vlastnostmi. Z celé řady fyzikálních látek jsou tak dielektrické materiály a vodiče elektrického proudu rozděleny do samostatných skupin.
Co jsou vodiče?
Vodič je materiál, jehož zvláštností je přítomnost volně se pohybujících nabitých částic, které jsou rozmístěny po celé látce.
Látky, které vedou elektrický proud, jsou roztavené kovy a kovy samotné, nedestilovaná voda, solný roztok, vlhká půda a lidské tělo.
Kov je nejlepší vodič elektrického proudu. Také mezi nekovy jsou dobré vodiče, například uhlík.
Všechny vodiče elektrického proudu, které existují v přírodě, se vyznačují dvěma vlastnostmi:
- indikátor odporu;
- indikátor elektrické vodivosti.
Elektrická vodivost je charakteristika (schopnost) fyzikální látky vést proud. Proto je vlastnostmi spolehlivého vodiče nízký odpor vůči toku pohybujících se elektronů a následně vysoká elektrická vodivost. To znamená, že nejlepší vodič se vyznačuje vysokým indexem vodivosti.
Například kabelové výrobky: měděný kabel má větší elektrickou vodivost ve srovnání s hliníkem.
Co jsou to dielektrika?
Dielektrika jsou fyzikální látky, ve kterých při nízkých teplotách nejsou žádné elektrické náboje. Složení takových látek zahrnuje pouze atomy s neutrálním nábojem a molekuly. Náboje neutrálního atomu mají mezi sebou úzké spojení, a proto jsou zbaveny možnosti volného pohybu v látce.
Nejlepší dielektrikum je plyn. Mezi další nevodivé materiály patří sklo, porcelán, keramické výrobky, dále pryž, lepenka, suché dřevo, pryskyřice a plasty.
Dielektrické objekty jsou izolanty, jejichž vlastnosti závisí především na stavu okolní atmosféry. Například při vysoké vlhkosti některé dielektrické materiály částečně ztrácejí své vlastnosti.
Vodiče a dielektrika jsou široce používány v elektrotechnice k řešení různých problémů.
Například všechny kabelové a drátěné výrobky jsou vyrobeny z kovů, obvykle mědi nebo hliníku. Plášť vodičů a kabelů je polymer, stejně jako zástrčky všech elektrických spotřebičů. Polymery jsou vynikající dielektrika, která neumožňují průchod nabitých částic.
Stříbrné, zlaté a platinové výrobky jsou velmi dobrými vodiči. Ale jejich negativní vlastností, která omezuje jejich použití, je jejich velmi vysoká cena.
Proto se takové látky používají v oblastech, kde je kvalita mnohem důležitější než cena za ni zaplacená (obranný průmysl a vesmír).
Výrobky z mědi a hliníku jsou také dobrými vodiči a nejsou tak drahé. V důsledku toho je široce rozšířené použití měděných a hliníkových drátů.
Wolframové a molybdenové vodiče mají méně dobré vlastnosti, proto se používají především v žárovkách a vysokoteplotních topných tělesech. Špatná elektrická vodivost může výrazně zhoršit činnost elektrického obvodu.
Dielektrika se také liší svými charakteristikami a vlastnostmi. Některé dielektrické materiály například také obsahují volné elektrické náboje, i když v malých množstvích. Volné náboje vznikají tepelnými vibracemi elektronů, tzn. Zvýšení teploty stále v některých případech vyvolává oddělení elektronů od jádra, což snižuje izolační vlastnosti materiálu. Některé izolanty se vyznačují velkým počtem „svlečených“ elektronů, což ukazuje na špatné izolační vlastnosti.
Nejlepším dielektrikem je úplné vakuum, kterého je na planetě Zemi velmi obtížné dosáhnout.
Plně vyčištěná voda má také vysoké dielektrické vlastnosti, ale ty ve skutečnosti ani neexistují. Stojí za to připomenout, že přítomnost jakýchkoli nečistot v kapalině jí dává vlastnosti vodiče.
Hlavním kritériem kvality jakéhokoli dielektrického materiálu je stupeň shody s funkcemi, které jsou mu přiřazeny v konkrétním elektrickém obvodu. Pokud jsou například vlastnosti dielektrika takové, že únik proudu je velmi nevýznamný a nezpůsobuje žádné poškození provozu obvodu, pak je dielektrikum spolehlivé.
Co je to polovodič?
Polovodiče zaujímají mezilehlé místo mezi dielektriky a vodiči. Hlavním rozdílem mezi vodiči je závislost stupně elektrické vodivosti na teplotě a množství nečistot ve složení. Kromě toho má materiál vlastnosti jak dielektrika, tak i vodiče.
S rostoucí teplotou roste elektrická vodivost polovodičů a snižuje se stupeň odporu. Jak teplota klesá, odpor má tendenci k nekonečnu. To znamená, že když teplota dosáhne nuly, polovodiče se začnou chovat jako izolanty.
