전기 이론에서 음전하를 띤 전자는 고정된 궤도에서 핵(양전하) 주위를 돕니다. 외부 전기장에 의해 전자가 쉽게 끌려 궤도에서 벗어나 자유 전자가 되는 물질을 도체라고 합니다. 금속은 외부 전기장의 영향을 받아 다수의 자유 전자를 생성하기 때문에 전기를 전도할 수 있습니다. 이러한 자유 전자는 낮은 전위에서 높은 전위로 이동하여 전자 흐름 또는 전류를 형성합니다.
금속은 규칙적인 격자, 즉 격자라고 하는 결정 구조로 배열된 원자로 구성됩니다. 자유 전자가 전기장에 의해 가속되고 지시되면 끊임없이 원자와 서로 충돌하여 움직임을 늦추고 에너지를 소산시킵니다. 결과적으로 전도성 물질은 전류 흐름에 대해 일정한 저항을 나타냅니다. 이 저항을 저항이라고 하며, 이는 전류 흐름에 대한 도체의 저항을 나타냅니다.
비저항은 특정 길이 단위와 특정 단면적 단위를 갖는 특정 재료로 만들어진 도체의 주어진 온도에서의 저항입니다.
이 정의는 다음 공식을 통해 더 잘 이해할 수 있습니다.
R=ρ·L/A
R는저항이며, 단위는 옴(Ω)입니다.
ρ(로)는비저항이며, 단위는 옴-미터(Ω·m)입니다.
L는길이이며, 단위는 미터(m)입니다.
A는단면적이며, 단위는 제곱미터(m2)입니다.
비저항과 전도도는 반비례 관계입니다.
전도도가 클수록 재료의 저항이 작아지고 전도성이 향상됩니다.
와전류 시험 기술에서 전도도는 절대값이 아닌 상대값을 필요로 합니다. 가장 일반적으로 사용되는 것은 국제 연동 구리 표준(IACS)으로, 금속 전도도를 나타내는 비국제 단위입니다.
재료 간의 구분을 용이하게 하기 위해 국제전기기술위원회(IEC)는 1913년에 20°C 온도에서 1m 길이, 1mm2 단면적의 어닐링 상태에서 1.7241×10−8Ω⋅m1.7241×10−8Ω⋅m의 비저항을 갖는 산업용 고순도 구리 보정을 100%IACS100%IACS의 전도도로 규정했으며, 다른 금속 또는 합금 ρXρX 및 전도도 σxσx의 비는 20°C에서 이 어닐링 상태의 산업용 고순도 구리의 전도도에 대한 금속 또는 합금의 전도도 비율이며, 이는 백분율로 표시됩니다. 즉, %IACS 또는 PIACS(P는 백분율)
| 재료 | 20℃에서의 비저항 ρ | 0~100℃ 온도 계수 γ | 20℃에서의 전도도 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| x107 S/m | m/(Ω·mm²) | % IACS | |||
| 은 | 1.58(1.65) | 4.1 | 6.33 | 63.3(60.6) | 109 |
| 구리(순수 구리, 어닐링) | 1.724 | 4.3 | 5.80 | 58 | 100 |
| 해군 황동 | 6.9 | 1.45 | 14.5 | 25 | |
| 인청동 | 16 | 0.63 | 6.3 | 11 | |
| 큐프로니켈 90-10 | 18.95 | 0.53 | 5.3 | 9.1 | |
| 큐프로니켈 70-30(70Cu-30Ni) | 37.4 | 0.27 | 2.7 | 4.6 | |
| 순수 알루미늄(99.9%) | 2.65(2.83) | 4.2 | 3.77 | 37.7(35.3) | 65(61) |
| 단조 알루미늄 6061-T6 | 4.1 | 2.44 | 24.4 | 42 | |
| 알루미늄 합금 7075-T6 | 5.3 | 1.89 | 18.9 | 32.6 | |
| 알루미늄 합금 2024-T4 | 5.2 | 1.92 | 19.2 | 33.1 | |
| 알루미늄 청동 | 12 | 0.83 | 8.3 | 14.3 | |
| 텅스텐 | 5.65(5.48) | 4.6 | 1.77 | 17.7(18.2) | 31 |
| 우라늄 | 30 | 0.33 | 3.3 | 5.7 | |
| 아연 | 5.95 | 4.19 | 1.68 | 16.8 | 29 |
| 철 | 9.78 | 6.5 | 1.03 | 10.2 | 17.6 |
| 304 스테인리스강 | 72 | 0.14 | 1.4 | 2.4 | |
| 316 스테인리스강 | 74 | 0.135 | 1.35 | 2.3 | |
| 납 | 20.77 | 3.7 | 0.48 | 4.8 | 8.3 |
| 나트륨 | 4.2 | 2.38 | 23.8 | 41 | |
| 주석 | 11.3 | 4.7 | 0.88 | 8.8 | 15. 2 |
| 금 | 2.35 | 3.24 | 4.26 | 42.6 | 73.4 |
| 지르코늄 | 40 | 0.25 | 2.5 | 4.3 | |
| 지르코늄 합금 | 72 | 0.14 | 1.4 | 2.4 | |
| 티타늄(99%) | 89 | 0.11 | 1.1 | 1.9 | |
| 티타늄 합금 Ti-6Al-4V | 172 | 0.058 | 0.58 | 1.0 | |
| 마그네슘(99%) | 4.45 | 16.5 | 2.25 | 22.5 | 38.8 |
| 니켈 | 6.8 | 6.9 | 1.47 | 14.7 | 25.3 |
| 저탄소강(0.23C) | 16.9 | (1.5~5) | 0.59 | 5.9 | 10.2 |
| 모넬 | 48.2 | 0.21 | 2.1 | 3.6 | |
| 니켈-크롬 합금(0.60Ni, 0.15Cr, 0.25Fe) | 110 | 16 | 0.09 | 0.9 | 1.6 |
| 인코넬 600 | 98 | 0.1 | 1 | 1.7 | |
| 하펠로이 | 115 | 0.087 | 0.87 | 1.5 | |
| 와스팔로이 | 123 | 0.081 | 0.81 | 1.4 | |
| 하스텔로이-C | 130 | 0.077 | 0.77 | 1.3 | |
고용체 합금 재료(영향이 금속 기판에 균일하게 분포됨)의 경우, 합금 원자의 배열이 불규칙하면, 즉 무질서한 고용체이면 비저항은 일반적으로 합금 성분의 증가에 따라 증가합니다. 그러나 합금 원자가 특정 비율로 매우 규칙적인 결정 격자, 즉 정렬된 고용체로 배열되면 합금 성분이 변경됨에 따라 비저항이 최소값을 갖게 됩니다.
서로 다른 합금 성분의 재료는 서로 다른 전도도를 가지며, 이는 와전류 검사 기술에서 재료 분류 방법의 기초일 뿐만 아니라 와전류 검사에서 검사 코일의 임피던스에 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나입니다.
금속 내 불순물은 금속 격자 왜곡을 일으켜 재료 내 원자 배열에 영향을 미치고 전자 산란을 유발하여 비저항을 증가시킬 수 있습니다.
금속에 존재하는 내부 응력은 금속 격자를 변형시켜 전자 충돌의 기회를 증가시켜 비저항을 증가시킬 수 있습니다. 예를 들어, 탄성 범위 내에서 단방향 인장 또는 비틀림 응력은 금속의 비저항을 증가시키고, 단방향 압축 응력의 작용 하에서는 대부분의 금속에 대해 비저항이 감소하거나, 냉간 가공 및 열처리 후 금속의 내부 응력도 전도도를 감소시킵니다.
정상 변형의 결과는 원자 배열 구조가 변형되고 전자 충돌의 기회가 증가한다는 것입니다. 변형 정도가 클수록 비저항이 더 많이 증가합니다. 그러나 냉간 가공된 금속의 경우, 어닐링과 같은 장기간의 고온 가열로 격자 변형을 제거하면 비저항을 원래 값에 가까운 낮은 값으로 줄일 수 있습니다.
동일한 재료의 전도도는 서로 다른 열처리 상태에서 달라집니다. 단결정 금속 또는 완전히 어닐링된 고순도 금속은 전도도가 높은 경향이 있는 반면, 합금은 전도도가 낮습니다. 냉간 가공 후 알루미늄, 은, 구리, 철과 같은 금속의 어닐링은 비저항을 감소시킵니다. 재료의 저항은 일반적으로 어닐링 온도가 증가함에 따라 감소하지만, 어닐링 온도가 재결정 온도를 초과하면 저항이 대신 증가합니다.
또한, 서로 다른 유형의 재료(절연체, 도체, 반도체)도 서로 다른 전도도를 갖습니다.
와전류 검사에 대한 더 깊은 이해를 위해서는 자기 투자율도 알아야 합니다.
파트 2에 대한 게시물을 확인하십시오.
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온도가 금속 전도도에 미치는 영향, 불순물이 비저항에 미치는 영향, 금속 격자 결함 및 전도도, 와전류 검사의 물리학적 기본, 전도도 vs. 비저항
