저항률이 낮고 전도성이 높은 재료: 개요
저항률이 낮거나 도전성이 높은 재료는 전류가 쉽게 흐를 수 있도록 하는 재료로 정의됩니다. 이러한 재료는 전기 기계, 장비, 장치 제조에 매우 유용하며, 모든 종류의 감전선 및 전기 기계, 장치, 장비에 사용되는 감전선으로도 활용됩니다. 또한, 전력의 송전 및 배전에 사용되는 전도체로도 활용됩니다.
저항률이 낮거나 도전성이 높은 재료의 특성
저항률이 낮거나 도전성이 높은 재료에서 바람직한 특성은 다음과 같습니다:
최대한 높은 도전성 (이론적으로는 0). 이는 재료가 전류에 대해 최소한의 저항을 제공하여 전력 손실과 열 발생을 최소화한다는 것을 의미합니다.
가능한 작은 저항 온도 계수 (이론적으로는 0). 이는 재료의 저항이 온도에 따라 크게 변하지 않아서 광범위한 온도 범위에서 안정적인 성능을 유지한다는 것을 의미합니다.
높은 융점. 이는 재료가 고온에서도 그 형태나 도전성을 잃지 않는다는 것을 의미합니다.
높은 기계적 강도. 이는 재료가 기계적 스트레스나 하중 아래에서 변형, 파손 또는 마모를 견딜 수 있다는 것을 의미합니다.
높은 연성. 이는 재료가 단순히 부러지거나 갈라지지 않고 와이어나 다른 형태로 끌어낼 수 있다는 것을 의미합니다.
높은 부식 저항성 (산화되지 않음). 이는 재료가 환경에서 산소나 다른 물질과 반응하지 않아서 도전성과 외관을 보존한다는 것을 의미합니다.
땜하기 용이함. 이는 재료가 솔더링을 통해 전도체를 연결하거나 다른 구성 요소를 부착할 수 있다는 것을 의미합니다.
낮은 비용. 이는 재료가 저렴하고 널리 이용 가능하다는 것을 의미합니다.
긴 수명 또는 내구성. 이는 재료가 시간이 지나도 품질과 성능을 유지한다는 것을 의미합니다.
높은 유연성. 이는 재료가 부러지거나 도전성을 잃지 않고 구부러지거나 비틀 수 있다는 것을 의미합니다.
위의 특성은 재료가 사용되는 목적에 따라 다릅니다. 예를 들어, 일부 애플리케이션에서는 다른 것보다 더 높은 도전성이 필요할 수 있으며, 일부 애플리케이션에서는 더 높은 기계적 강도가 필요할 수 있습니다.
재료의 저항률 또는 도전성에 영향을 미치는 요인들
재료의 저항률 또는 도전성은 여러 가지 요인에 따라 달라집니다:
재료의 종류. 서로 다른 재료는 서로 다른 원자 구조와 전자 구성을 가지고 있어 전자가 얼마나 쉽게 이동할 수 있는지에 영향을 미칩니다. 일반적으로 금속은 비금속보다 저항률이 낮습니다. 금속은 자유 전자를 가지고 있어 전류를 운반할 수 있지만, 비금속은 전류를 방해하는 얽힌 전자를 가지고 있습니다.
재료의 순도. 어떤 불순물이라도 금속의 저항률을 증가시킵니다. 저항률이 낮은 불순물이라도 금속의 저항률을 증가시킵니다. 이는 불순물이 결정 구조에 결함을 만들어 금속을 통과하는 전자의 흐름을 방해하기 때문입니다. 따라서 순수 금속은 합금이나 화합물보다 저항률이 낮습니다.
재료의 온도. 대부분의 재료의 저항률은 온도가 높아짐에 따라 증가합니다. 높은 온도는 원자의 진동을 증가시키고 전자의 이동을 방해하기 때문입니다. 그러나 반도체와 같은 일부 재료는 높은 온도에서 도전성이 낮아지는데, 이는 높은 온도가 전도를 위한 자유 전자의 수를 증가시키기 때문입니다.
재료의 모양과 크기. 재료의 저항률은 본질적인 특성으로, 그 모양과 크기에 의존하지 않습니다. 그러나 도체의 저항은 길이와 비례하고 단면적과 반비례하므로, 길고 얇은 도체는 짧고 두꺼운 도체보다 저항이 높습니다.
저항률이 낮거나 도전성이 높은 재료의 예
저항률이 낮거나 도전성이 높은 재료의 몇 가지 예는 다음과 같습니다:
은 (Ag)
은은 모든 금속 중에서 가장 좋은 전기 도체입니다. 은은 실온에서 모든 재료 중에서 가장 높은 도전성과 가장 낮은 저항률을 가집니다. 또한 은은 가공이 쉽고 용접이 가능하며 연성이 좋고 부식 저항성이 뛰어나며 솔더링이 가능합니다. 은의 주요 단점은 매우 비싸다는 것입니다. 이 때문에 실제 전기 기계와 장비에서는 은의 사용이 제한적입니다. 그러나 비용이 문제가 되지 않는 연구용 고급 장비에서는 여전히 사용되고 있습니다.
특성:
저항률: 1.58 µΩ-cm
20°C에서의 저항 온도 계수: 0.0038/°C
융점: 962°C
비중: 10.49 g/cm³
구리 (Cu)
구리는 전기 기계와 장비의 도체로 가장 널리 사용되는 고도전성 재료입니다. 구리는 뛰어난 가공성, 용접성, 솔더링성, 연성, 부식 저항성, 유연성을 가지고 있습니다. 순수한 형태의 구리는 좋은 도전성을 가지지만, 표준 등급의 구리는 불순물의 존재로 인해 도전성이 감소합니다.
특성:
저항률: 1.68 µΩ-cm
20°C에서의 저항 온도 계수: 0.00386/°C
융점: 1085°C
비중: 8.96 g/cm³
금 (Au)
금은 귀중하고 비싼 금속으로, 좋은 도전성을 가지고 있습니다. 금은 모든 금속 중에서 가장 높은 연성과 연성을 가지고 있으며, 매우 얇은 와이어로 끌어낼 수 있습니다. 금은 또한 부식 저항성이 뛰어나고 솔더링이 가능합니다. 고가의 이유로, 금의 실용적인 사용은 연구용이나 장식용 고급 기구에 제한적입니다.
특성:
저항률: 2.21 µΩ-cm
20°C에서의 저항 온도 계수: 0.0034/°C
