Vedení

Klíčové Informace & Shrnutí

• Vedení tepla je přenos energie z jednoho atomu na druhou prostřednictvím přímého kontaktu
• Existují tři hlavní typy vedení: iontové vodivosti, elektrické vodivosti a tepelné vodivosti
• Pevné látky jsou nejúčinnější vodiče, s plyny je nejhorší – je to proto, že částice jsou mnohem blíže k sobě

Co je to vedení?

Vedení je definováno jako přenos energie z jednoho atomu na druhou prostřednictvím přímého kontaktu – to může být buď prostřednictvím iontové vodivosti, elektrické vedení, nebo vedení tepla. Vedení může nastat u pevných látek, kapalin a plynů, pevných látek provádět co nejefektivněji, protože molekuly jsou mnohem blíže k sobě než v jiných státech, jak je znázorněno na obrázku níže.

Částice v pevné jsou v relativně pevnou pozici a vazby mezi nimi jsou velmi silné. To znamená, že vedení energie z jedné částice do druhé je v této formě nejúčinnější.

částice v kapalině nemají pevnou polohu, takže vazby mezi nimi nejsou tak silné. Díky tomu jsou kapaliny špatnými vodiči.

částice v plynu jsou mnohem dále od sebe, což znamená, že přenos energie je velmi neefektivní. Jsou tedy velmi špatnými vodiči.

iontové vedení

iontové vedení je definováno jako pohyb iontu z jednoho “místa” do druhého. To je možné prostřednictvím ‘vady’ v příhradové konstrukce pevná, nebo vodný roztok – tyto vady umožňují ionty pohybovat v elektrickém poli. Jak vidíte na obrázku níže, existuje “volné místo”, které umožňuje iontům pohybovat se.

některé pevné látky mají velmi vysokou iontovou vodivost, což je užitečné v polovodičové elektronice, jako jsou počítače a mobilní telefony. Je to také užitečný proces v běžných i dobíjecích bateriích a palivových článcích.

Iontové soli mohou být také rozpuštěné v roztoku, který pak umožňuje tok elektrického proudu. V tomto případě jsou ionty elektricky nabité i mobilní, což z nich činí dobré nosiče náboje. Pevné soli nevedou elektřinu, protože prostě nemají mobilní nosiče náboje.

elektrické vedení

u kovů může dojít k elektrické vodivosti v důsledku pohybu elektricky nabitých částic. Atomy kovů mají všechny valenční elektrony – jsou to elektrony, které se nacházejí ve vnějším plášti každého atomu, ale oni jsou “zdarma” k pohybu celé struktury. Pohyb těchto volných elektronů je to, co umožňuje kovu vést elektrický proud. Když se mohou volně pohybovat, jsou označovány jako delokalizované. Bez vnějšího vlivu se pohybují náhodně po celé struktuře.

elektrický potenciál může být aplikován na kov, obvykle z baterie, a vytvoří elektrický obvod. To způsobuje čistý drift elektronů, který proudí kolem obvodu. Čím vyšší je tento elektrický potenciál, tím vyšší bude tok elektronů.

12-koordinovaný kov je ten, ve kterém jsou atomy tak těsně zabaleny, že existuje co nejvíce atomů, které vyplňují dostupný prostor. Tato konfigurace znamená, že každý atom ve struktuře se bude dotýkat dalších 12 atomů ve 3D prostoru. Obrázky níže ukazují, jak konkrétní atom bude mít 6 ostatní dotýkat ve stejné vrstvě, 3 ve vrstvě nad, a 3 ve vrstvě níže – to dává celkem 12, proto jméno.

další konfigurací je 8-koordinovaný kov, který se nejčastěji nachází ve skupině 1 periodické tabulky. Ty jsou zabaleny méně těsně k sobě a jako takové se každý atom dotýká pouze 8 dalších ve 3D prostoru.

polovodiče také existují. Jedná se o látky, ve kterých vodivost spadá někde mezi vodič a izolátor, jako je křemík a uhlík. Ve svém přirozeném stavu jsou relativně špatnými vodiči, ale mohou podléhat “dopingu” – jedná se o proces, při kterém se do polovodiče přidávají nečistoty. Polovodič, který byl dopován, se pak nazývá vnější polovodič, který vede elektřinu mnohem lépe než standardní polovodič.

Tepelná vodivost

Tepelné vodivosti (někdy také nazývá vedení tepla) dochází, když rychle se pohybující částice interagují se sousedními částicemi, tedy přenos část jejich kinetické energie. Tento proces se děje z oblastí s vyšší teplotou do oblastí s nižší teplotou. Existují 4 hlavní věci, které ovlivňují rychlost, jakou je vedeno teplo:

1. teplotní rozdíl mezi oběma regiony
2. ‘délka’ v regionu
3. průřezové oblasti regionu
4. materiál proces se odehrává v

Kovové pevné látky vést teplo nejlepší, zatímco plynů, vedení tepla nejhorší. To je způsobeno částicemi v pevné bytosti v tak těsné blízkosti, že kolize, a tím i přenos tepelné energie, je neuvěřitelně pravděpodobná. Jsou to dobré tepelné vodiče ze stejných důvodů, jako jsou dobré elektrické vodiče. Z tohoto důvodu je čím vyšší hustota pevné látky, tím lépe bude provádět tepelnou energii.

je důležité si uvědomit, že energie se přenáší z jedné částice na jinou, a tam je žádný celkový pohyb částic v procesu.