Jak víte, elektrický proud je uspořádaný pohyb nosičů elektrického náboje. Takovými nosiči náboje mohou být elektrony – v kovech, polovodičích a plynech; ionty – v elektrolytech a plynech; a v polovodičích jsou nositeli elektrického náboje také díry – nevyplněné valenční vazby v atomech, které se svým modulem rovnají náboji elektronu, ale mají kladný náboj.
Při položení otázky, jaké látky vedou elektrický proud, budeme muset spekulovat o tom, co je příčinou vzniku proudu, a to přítomnost nabitých částic v určitých látkách. Nebudeme zde uvažovat posuvný proud, protože se nejedná o vodivý proud, a proto se přímo netýká této problematiky.
Kovy jsou právem hlavními vodiči elektrického proudu v celé moderní elektrotechnice. Kovy se vyznačují slabým spojením valenčních elektronů, tedy elektronů vnějších energetických hladin atomů, s jádry těchto atomů.
A právě kvůli slabosti těchto vazeb, kdy z nějakého důvodu vznikne ve vodiči rozdíl potenciálů (vírové elektrické pole nebo přivedené napětí), se tyto elektrony začnou pohybovat jako lavina jedním nebo druhým směrem a pohyb vodivostních elektronů dochází uvnitř krystalové mřížky, jako pohyb „elektronického plynu“.
Typičtí představitelé kovových vodičů: měď, hliník, wolfram.
Další na seznamu jsou polovodiče. Polovodiče, ve své schopnosti vést elektrický proud, zaujímají střední polohu mezi vodiči, jako jsou měděné dráty, a dielektriky, jako je plexisklo. Zde je jeden elektron spojen se dvěma atomy najednou – atomy jsou mezi sebou v kovalentních vazbách – proto, aby se každý jednotlivý uvažovaný elektron začal pohybovat a vytvářet proud, musí nejprve přijmout energii, aby si uvědomil příležitost opustit svůj atom.
Například se může zahřát polovodič a část elektronů začne opouštět své atomy, to znamená, že nastane podmínka pro existenci proudu – v krystalové mřížce se objeví volné nosiče náboje – elektrony a díry ( v místě, odkud elektron odešel, zůstává nejprve prázdné prázdné místo s kladným nábojem – díra, kterou pak obsadí elektron z jiného atomu). Významnými představiteli čistých polovodičů jsou: germanium, křemík, bor. Spojení zde neuvažujeme.
Elektrolyty jsou také schopné vést proud díky přítomnosti volných nosičů náboje v nich. Ale elektrolyty jsou vodiče druhého druhu. Volnými nosiči náboje v elektrolytech jsou ionty (kladné ionty se nazývají kationty, negativní ionty se nazývají anionty).
Kationty a anionty zde vznikají procesem elektrolytické disociace (rozpad molekul na části – na jednotlivé ionty) kyselin, zásad, zásad v jejich roztocích nebo taveninách. Současně s disociací dochází opět ke sdružování iontů do molekul – tomu se říká dynamická rovnováha v elektrolytu. Příkladem elektrolytu je 40% roztok kyseliny sírové ve vodě.
Konečně plazma – ionizovaný plyn – je čtvrtým skupenstvím hmoty. V plazmatu je elektrický náboj přenášen elektrony, ale i kationty a anionty, vzniklými zahřátím plynu nebo vlivem rentgenového, ultrafialového či jiného záření (případně vlivem zahřívání i záření). Plazma je kvazineutrální, to znamená, že uvnitř je v malých objemech celkový náboj všude nulový. Ale kvůli pohyblivosti částic plynu je plazma stále schopna vést elektrický proud.
Obecně platí, že plazma stíní vnější elektrické pole, protože náboje v něm jsou odděleny tímto polem, ale vzhledem k tomu, že je přítomen tepelný pohyb nosičů náboje, je v malých měřítcích narušena kvazineutralita plazmatu a plazma prakticky získává schopnost vést elektrický proud. Veškerý mezihvězdný prostor ve vesmíru je vyplněn plazmou a samotné hvězdy jsou vyrobeny z plazmy.
Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře
Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!
