Elektrický proud v pevných látkách

Stříbro - pevná látka patřící mezi nejlepší vodiče elektrického proudu (kovy)

Elektrický proud v pevných látkách je uspořádaný pohyb volných částic s elektrickým nábojem prošlých za jednotku času daným průřezem látky. V pevných látkách jsou těmito částicemi neboli nosiči elektrického proudu elektrony. Elektrický proud je fyzikální veličina, která má značku I a je měřena v jednotkách A (ampér).

Kaolin - pevná látka patřící mezi nevodiče elektrického proudu (izolanty)

Fyzikální veličiny charakterizující vodivostní či odporové vlastnosti látek, které vedou elektrický proud, jsou konduktivita (měrná vodivost) a rezistivita (měrný elektrický odpor, specifický elektrický odpor). Rezistivita je převrácená hodnota konduktivity. Čím větší je rezistivita, tím menší je lokální elektrická vodivost dané látky a tím větší je lokální elektrický odpor. Jde o materiálové konstanty, které kvantitativně charakterizují danou látku a jsou v určitém smyslu považovány za neměnné.

Podle schopnosti vést elektrický proud se pevné látky dělí na vodiče, polovodiče a izolanty:

  • Elektrický vodič je pevná látka, nejčastěji z kovu, kde je elektrický proud přenášen volnými elektrony. Velikost elektrického proudu je dána rezistivitou a u kovů se pohybuje mezi 10−6 a 10−8 Ωm.
  • Polovodič je pevná látka, kde je elektrický proud přenášen volnými elektrony a kladnými dírami. Jejich počet lze ovlivňovat vnějšími nebo vnitřními podmínkami. Změnu vnějších podmínek lze zajistit dodáním energie - nejčastěji tepelné, elektrické nebo světelné. Změnu vnitřních podmínek představuje například příměs jiného prvku v polovodiči.
  • Elektrický izolant (nevodič) je pevná látka, která neobsahuje volné částice s elektrickým nábojem nebo je obsahuje v zanedbatelném množství, proto nevede elektrický proud. Za izolanty se považují látky, jejichž rezistivita je řádově 106krát vyšší než u vodičů. Izolant, pokud je vložen mezi dva vodiče s rozdílným elektrickým potenciálem, může zamezit průtoku elektrického proudu mezi nimi.

Teorie

Elektrony kovů (metal), polovodičů (semiconductor) a izolantů (insulator) zaplňující energetické pásy (filled band). Je vidět rozdíl mezi velikostí zakázaného pásu (bandgap), který u kovů prakticky není a u izolantů je naopak velký.

Vysvětlení, proč pevné krystalické látky vedou elektrický proud různým způsobem a proč je dělíme na vodiče, polovodiče a izolanty, lze nalézt v jejich struktuře:

  • Platí, že valenční elektrony v atomu se pohybují po určitých energetických hladinách. Pokud jsou tyto atomy součástí pevné krystalické látky sdružují se tyto energetické hladiny do energetických pásů.
  • Rozdíl v energetické pásové struktuře kovů, polovodičů a izolátorů. Červeně valenční pás (valence band), bíle zakázaný pás (band gap) a modře vodivostní pás (conduction band). Šedě překrytí (overlap) pásů u kovů.
    Pásy vytvářejí pásovou strukturu pevných krystalických látek a dělí se na valenční (valence bond), zakázaný (band gap) a vodivostní pás (conduction band). Elektrony v krystalu postupně zaplňují dovolené pásy a zakázaný pás zůstává prázdný, jak je vidět na prvním obrázku.
  • Elektrony ve valenčním pásu se podílejí na vazbě atomu s jinými atomy. Elektrony v pásu vodivostním jsou z vazeb uvolněné a mohou se jím volně pohybovat. Mají větší energii než elektrony v pásu valenčním, neboť je zvětšená o práci, kterou je nutné elektronům dodat na rozbití vazby.
  • Pohyb elektronů obrovskými rychlostmi v povolených energetických pásech krystalu je chaotický a všemi směry. Průchod elektrického proudu (přenos náboje) je možný pouze tehdy, pokud vnější elektrické pole udělí elektronům dodatečnou rychlost v jednom směru.
  • Schéma jednotlivých pásů znázorněné na obrázku je typické pro většinu pevných krystalických látek. Pro jednotlivé látky se však podstatně liší šířkou zakázaného pásu a obsazením jednotlivých pásů.
  • Podle příslušnosti dané energetické hladiny do určitého pásu a podle zaplnění pásu lze definovat vodiče (kovy), polovodiče a izolanty. Zároveň je těmito pásy určena schopnost dané látky vést elektrický proud.
  • Kovy mají nejvyšší schopnost vést elektrický proud, neboť jejich valenční a vodivostní pás se překrývají (overlap). Chybí zde zakázaný pás nebo je velmi úzký.
  • Polovodiče mají nižší schopnost vést elektrický proud, neboť jejich valenční elektrony musejí překonat zakázaný pás dodáním energie, aby se dostaly do vodivostního pásu.
  • Izolanty nemají schopnost vést elektrický proud, neboť jejich valenční elektrony nemohou překonat velmi široký zakázaný pás a dostat se do vodivostního pásu.

Vodiče - kovy

Měď patří mezi nejlepší vodiče elektrického proudu

U velmi dobrých vodičů se jejich vodivostní pás a valenční pás překrývají. Vodivostní pás je často obsazen z jedné poloviny, aby měl elektron po uvolnění z vazby kam přejít.

U horších vodičů jsou povolené pásy odděleny pouze úzkým zakázaným pásmem. Vzhledem k malé šířce zakázaného pásu pak stačí nepatrný vliv elektrického pole k tomu, aby se některé elektrony dostaly z pásu valenčního do vodivostního. Tedy získaly energii nutnou na překonání zakázaného pásu a začaly se usměrněně pohybovat ve vodivostním pásu.

Vysvětlení dobré vodivosti kovů lze nalézt v jejich krystalické struktuře. Ta je tvořená krystalovou mřížkou, která se skládá z pozitivně nabitého atomového jádra (uzlový bod), kolem kterého se volně pohybují elektrony a cestují mřížkou. Taková mřížka se nazývá pozitivní iontová mřížka a umožňuje kovům dobře vést elektrický proud.

S rostoucí teplotou se u vodičů zvyšuje odpor a snižuje vodivost. Je to dáno tím, že se rozkmitají uzlové body a překážejí průchodu elektronů. Nejlepšími vodiči jsou stříbro, měď nebo hliník.

Polovodiče

Různé typy diod vyráběné z polovodičů

Polovodiče mají valenční pás zcela zaplněn, vodivostní pás je zcela prázdný a mezi nimi je ne příliš široký zakázaný pás. S rostoucí teplotou některé elektrony přeskočí zakázaný pás a dostanou se do vodivostního pásu. Tímto přechodem se elektron uvolní z vazby a začíná se pohybovat krystalem. Po elektronu zůstane prázdné místo - kladná díra. Ta může být zaplněna jiným volným elektronem, a tak krystalem putují nejen volné elektrony ale také díry.

V polovodičích pak nazýváme pohyb elektronů elektronovou vodivostí a pohyb děr děrovou vodivostí. Směr pohybu kladných děr je opačný ke směru pohybu elektronů, ale celkový elektrický proud v polovodiči se rovná součtu proudu způsobeného volnými elektrony a proudu způsobeného kladnými děrami.

Počet volných elektronů a děr lze ovlivňovat vnějšími nebo vnitřními podmínkami. Změnu vnějších podmínek lze zajistit dodáním energie - nejčastěji tepelné, elektrické nebo světelné. Změnu vnitřních podmínek představuje například příměs jiného prvku v polovodiči. Legováním příměsemi lze změnit elektrickou vodivost polovodičů o mnoho řádů.

S rostoucí teplotou se u polovodičů snižuje odpor a zvyšuje vodivost. Je to dáno tím, že se s rostoucí teplotou zvyšuje počet elektronů a děr, schopných vést elektrický proud. Jako polovodiče se obvykle chovají polokovy ze 3. až 5. skupiny periodické tabulky, například bor, křemík nebo germanium.

Nevodiče - izolanty

Keramické izolanty na drátech elektrického vedení

Izolanty nevedou elektrický proud, protože se u nich ve vodivostním pásu nevyskytují volné částice s elektrickým nábojem nebo se vyskytují v zanedbatelném množství. Zakázaný pás je příliš široký, aby mohlo dojít k přeskoku elektronů z valenčního do vodivostního pásu.

Ionizační energie izolantů je relativně vysoká. Za izolanty se považují látky, jejichž rezistivita je řádově 106 krát vyšší než u vodičů.

Dobrými izolanty jsou porcelán, sklo, většina plastů, suché dřevo, suchý papír, za normálních podmínek i vzduch nebo jiné plyny.

Supravodiče

Supravodiče jsou materiály, jejichž elektrický odpor se stává nulovým, pokud teplota klesne pod kritickou teplotu (TC) a kdy nedochází ke ztrátě žádné energie přeměnou na Jouleovo teplo. Supravodiči se stávají některé kovy při velmi nízkých teplotách (cca pod 20 K, -253 °C). To omezuje její použití na relativně malý počet aplikací, protože chlazení vyžaduje kapalné helium a celý proces chlazení je velmi složitý a nákladný. Nejvyšší kritickou teplotu při atmosférickém tlaku má mezi kovovými supravodiči diborid hořečnatý (39 K).

V supravodičích proud přenášejí Cooperovy páry, což jsou dvojice elektronů s opačným spinem. Přenos náboje je tak kvalitativně jiný než v případě samostatných volných elektronů a elektrický odpor je pak nulový.

Nositeli náboje mohou být i ionty, to platí v superiontových vodičích. Může se jednat například o protony (kladné ionty vodíku) nebo o ionty O+. Superiontové vodiče se používají například jako polopropustné membrány nebo v palivových článcích.

Supravodivost byla objevena až v roce 1911 Heike Kamerlingh Onnesem, průkopníkem fyziky nízkých teplot a byla popsána kvantovou mechanikou. Za svůj výzkum v oblasti nízkých teplot obdržel v roce 1913 Nobelovu cenu za fyziku.[1] Základní teorii konvenční supravodivosti (zvanou BCS teorie) formuloval Leon Cooper spolu s Johnem Bardeenem a Johnem Schriefferem.[2] Za svou práci obdržel Nobelovu cenu za fyziku v roce 1972 a byly po něm pojmenovány Cooperovy páry.

Odkazy

Související články

Reference

V tomto článku byly použity překlady textů z článků Elektrischer Strom na německé Wikipedii a Electric current na anglické Wikipedii. V tomto článku byly použity překlady textů z článků Leiter (Physik) na německé Wikipedii a Electrical conductor na anglické Wikipedii.

  1. The Nobel Prize in Physics 1913. NobelPrize.org [online]. [cit. 2024-03-01]. Dostupné online. (anglicky) 
  2. The Nobel Prize in Physics 1972. NobelPrize.org [online]. [cit. 2024-03-01]. Dostupné online. (anglicky) 

Externí odkazy

Read other articles:

WhiskasLogo whiskasIndustriMakanan kucingDidirikan1936; 88 tahun lalu (1936) (sebagai Kal Kan)McLean, Virginia, Amerika SerikatIndukMars, IncorporatedSitus webwhiskas.com Whiskas (sebelumnya dikenal sebagai Kal Kan) adalah merek makanan kucing yang dijual secara internasional. dimiliki oleh perusahaan Amerika Mars, Incorporated. Ini tersedia baik sebagai potongan daging kecil dalam saus, saus atau jeli yang dikemas dalam kaleng, nampan atau kantong foil, serta dalam bentuk biskuit kecil ...

 

 

Salib Ortodoks Timur 1 Januari - kalender liturgi Ortodoks Timur - 3 Januari Seluruh peringatan sah di bawah ini diadakan pada 15 Januari oleh Gereja Ortodoks Timur pada Kalender Gereja Purba. Untuk 2 Januari, Gereja-gereja Ortodoks pemakai Kalender Gereja Purba memperingati orang-orang kudus yang didaftarkan pada 20 Desember. Perayaan Perayaan Teofani Tuhan dan Juruselamat Yesus Kristus.[1] Janasuci Janasuci Theodota, bunda Janasuci Penyembuh Kudus tanpa Bayaran Kosmas dan Damianus (...

 

 

Annual horse race in Australia Horses flying past on the Birdsville Racetrack, circa 1926 The Birdsville Races are horse races held each year in September in the Queensland, Australia, town of Birdsville. Funds are raised in aid of the Royal Flying Doctor Service of Australia. The population is swelled from about 100 to around 7,000 people for the two-day event.[1] As Birdsville is very remote, many travellers come by air and hundreds of aircraft fill the town's airstrip.[2] T...

Flag of a Space Forcefour-star general This is a complete list of four-star generals in the United States Space Force. The rank of general (or full general, or four-star general), ranks above lieutenant general (three-star general) and is the highest rank achievable in the U.S. Space Force. There have been five four-star generals in the history of the U.S. Space Force. All achieved that rank while on active duty. Generals entered the Space Force via several paths: Two were commissioned via t...

 

 

Questa voce o sezione sull'argomento gruppi etnici non cita le fonti necessarie o quelle presenti sono insufficienti. Puoi migliorare questa voce aggiungendo citazioni da fonti attendibili secondo le linee guida sull'uso delle fonti. AlgonchiniAbbigliamento abenaki (algonchini) tradizionale Luogo d'origineAmerica del Nord Lingualingue algonchine Manuale Gli Algonchini rappresentano l'insieme di tribù di nativi americani più popolose esistenti tuttora. Gli algonchini vivono nelle ...

 

 

New Zealand actor (born 1975) Antony StarrStarr in the television series BansheeBorn (1975-10-25) 25 October 1975 (age 48)Wellington, New Zealand[1]EducationRangitoto College[2]University of AucklandOccupationActorYears active1995–present Antony Starr (born 25 October 1975) is a New Zealand actor. He is best known for his television roles. He played the dual roles of Jethro and Van West in the series Outrageous Fortune (2005–10), Lucas Hood in the Cinemax series ...

Linda McCartney Linda Louise, Lady McCartney (24 September 1941 – 17 April, 1998) adalah seorang fotografer asal Amerika Serikat, musisi, dan seorang aktivis hak hewan. Walaupun pada awalnya ia dikenal sebagai istri Sir Paul McCartney, dari The Beatles, ia kemudian dikenal sebagai pengarang buku-buku resep vegetarian, seorang wiraswasta, dan fotografer profesional. Buku Linda McCartney's Sixties adalah buku hasil foto McCartney pada tahun 1960an. Di dalamnya terdapat banyak foto artis-artis...

 

 

العلاقات الإستونية الكورية الجنوبية إستونيا كوريا الجنوبية   إستونيا   كوريا الجنوبية تعديل مصدري - تعديل   العلاقات الإستونية الكورية الجنوبية هي العلاقات الثنائية التي تجمع بين إستونيا وكوريا الجنوبية.[1][2][3][4][5] مقارنة بين البلدين هذه �...

 

 

artikel ini perlu dirapikan agar memenuhi standar Wikipedia. Tidak ada alasan yang diberikan. Silakan kembangkan artikel ini semampu Anda. Merapikan artikel dapat dilakukan dengan wikifikasi atau membagi artikel ke paragraf-paragraf. Jika sudah dirapikan, silakan hapus templat ini. (Pelajari cara dan kapan saatnya untuk menghapus pesan templat ini) iPhone 12iPhone 12 MiniiPhone 12 in BlueMerekApple Inc.Serike-14Ketersediaan menurut negara12: 23 Oktober, 2020 Australia Austria Belgia Kanada T...

هذه المقالة بحاجة لمراجعة خبير مختص في مجالها. يرجى من المختصين في مجالها مراجعتها وتطويرها. (أغسطس 2014) شاباك او شين بيت שַׁבַּכּ او שִׁין-בֵּית شاباك تفاصيل الوكالة الحكومية البلد إسرائيل  الاسم الكامل جهاز الأمن العام الإسرائيلي تأسست 8 يناير، 1948 المركز  إسرائيل شاي&...

 

 

For the 15th century explorer, see Bartholomew Columbus. Dominican baseball player (born 1973) Baseball player Bartolo ColónColón pitching in the 2022 New York Mets Old-Timers' GameKarachi Monarchs – No. 40PitcherBorn: (1973-05-24) May 24, 1973 (age 50)Altamira, Dominican RepublicBatted: RightThrew: RightMLB debutApril 4, 1997, for the Cleveland IndiansLast MLB appearanceSeptember 22, 2018, for the Texas RangersMLB statisticsWin–loss record247–188Ear...

 

 

U.S. Department of Housing and Urban Development, Office of Inspector GeneralFormed1978HeadquartersWashington, D.C.Parent agencyU.S. Department of Housing and Urban DevelopmentInspector GeneralRae Oliver DavisWebsitewww.hudoig.gov The U.S. Department of Housing and Urban Development Office of Inspector General (HUD OIG) is one of the Inspector General offices created by the Inspector General Act of 1978.[1] The Inspector General for the Department of Housing and Urban Development is c...

For the Greek decoration, see Medal for Gallantry (Greece). AwardMedal for GallantryObverse of medal and ribbonTypeMedalAwarded foracts of gallantry in action in hazardous circumstances[1]Presented byAustraliaEligibilityMembers of the Australian Defence ForcePost-nominalsMGStatusCurrently awardedEstablished15 January 1991First awarded1996Last awarded2024 Special HonoursTotal76[2]Order of Wear[3]Next (higher)Nursing Service Cross[3]Next (lower)Bravery ...

 

 

Koordinat: 14°37′54″S 69°26′47″W / 14.63167°S 69.44639°W / -14.63167; -69.44639 La Rinconada. La Rinconada adalah kota yang terletak di Distrik Ananea, Provinsi San Antonio de Putina, Peru. Kota ini berada di dekat tambang emas.[1] Bersama dengan kota Wenzhuan di Cina, La Rinconada dianggap sebagai salah satu kota dengan ketinggian tertinggi di dunia, dengan ketinggian sebesar 5.100 m di atas permukaan laut. Dari tahun 2001 hingga 2009, kota ini men...

 

 

جزء من سلسلة مقالات حولعلم الفقه مواضيع الفقه الفروع الأصول القواعد أدلة مدارس بوابة الفقه علم فروع الفقه فقه العبادات الطهارة الصلاة الزكاة الصيام الحج والعمرة فقه المعاملات فقه المواريث علم أصول الفقه الأصول والقواعد علم أصول الفقه أدلة الفقه الأحكام الشرعية فرض فرض ك�...

The 10th Legislative Assembly of Saskatchewan was elected in the Saskatchewan general election held in June 1944. The assembly sat from October 19, 1944, to May 19, 1948.[1] The Co-operative Commonwealth Federation (CCF) led by Tommy Douglas formed the government.[2] The Liberal Party led by William John Patterson formed the official opposition.[3] Tom Johnston served as speaker for the assembly.[4] Members of the Assembly The following members were elected to ...

 

 

Genus of palms Veitchia Veitchia spiralis Scientific classification Kingdom: Plantae Clade: Tracheophytes Clade: Angiosperms Clade: Monocots Clade: Commelinids Order: Arecales Family: Arecaceae Subfamily: Arecoideae Tribe: Areceae Subtribe: Ptychospermatinae Genus: VeitchiaH.Wendl. in B.Seemann Synonyms[1] Vitiphoenix Becc. Kajewskia Guillaumin Veitchia is a genus of flowering plant in the family Arecaceae.[2][3] It contains the following species, all native to islands...

 

 

Gusti RandaLahirGusti Randa Malik15 Agustus 1965 (umur 58)Jakarta, IndonesiaKebangsaanIndonesiaNama lainGusti RandaAlmamaterFakultas Hukum Universitas PancasilaPekerjaanAktorPengacaraPolitikusProduserTahun aktif1978–sekarangPartai politikPartai Hati Nurani Rakyat (2014–2023) Partai Solidaritas Indonesia (2023-)Suami/istriNia Paramitha ​(m. 1997)​Anak4, termasuk Muhammad Syahdewa Diladayana Gusti Randa Malik, S.H. (lahir 15 Agustus 1965) adalah ...

Stance of limited participation in the food system and broader economy in protest Part of a series onAnti-consumerism Theories and ideas Asceticism Affluenza Alternative culture Anti-capitalism Autonomous building Billboard hacking Buyer's remorse Bioeconomics Buddhist economics Buy Nothing Day Collaborative consumption Collapsology Commodification Commodity fetishism Commune Compulsive buying disorder Conspicuous consumption Consumer capitalism Consumerism Conviviality Criticism of advertisi...

 

 

Cet article est une ébauche concernant une localité brésilienne. Vous pouvez partager vos connaissances en l’améliorant (comment ?) selon les recommandations des projets correspondants. Ourinhos Héraldique Drapeau Ourinhos Administration Pays Brésil Région Sud-Est État  São Paulo Langue(s) portugais Maire Toshio Misato (PSDB) Fuseau horaireHeure d'été UTC-3UTC-4 Démographie Gentilé ourinhense Population 103 026 hab.[1] (2010) Densité 348 hab./km2 Géo...