본문내용
1. 전기전도도 개요
1.1. 전기전도도의 정의
전기전도도는 물질 내에서 전류가 잘 흐르는 정도를 나타내는 양을 말한다. 전기저항의 역수로서, 단위는 S/m(지멘스미터)이다. 일반적으로 전기전도도는 전하를 운반하는 입자의 수, 그 하전량과 이동도의 곱에 비례한다. 이것들의 양은 전기적 조건·온도·압력·빛 등의 외적 조건에 의해서 변하고, 물질의 구조에 크게 좌우된다."
1.2. 전기전도도의 중요성
전기전도도는 물질 내에서 전류가 잘 흐르는 정도를 나타내는 양으로, 전기저항의 역수와 같다. 전기전도도는 전하를 운반하는 입자의 수, 하전량과 이동도의 곱에 비례하며, 이는 전기적 조건, 온도, 압력, 빛 등의 외적 조건과 물질의 구조에 따라 변한다. 일반적으로 금속과 같은 도체에서는 전기전도도가 크고, 절연체에서는 작으며, 반도체에서는 중간 값을 가진다.
전기전도도는 다양한 측면에서 중요한데, 첫째, 용액 내 이온의 농도와 직결되어 있어 수질 분석에 활용될 수 있다. 용액 내 이온 농도가 높을수록 전기전도도가 높아지므로, 전기전도도 측정을 통해 수질 오염도를 신속하게 파악할 수 있다. 둘째, 전기전도도는 물질의 화학적 특성을 반영하므로, 산업 및 생활 분야에서 다양하게 활용된다. 예를 들어 자판기에서는 동전의 전기전도도로 동전을 인식하고, 자동차 배터리의 상태 점검에도 활용된다. 셋째, 생물학적 측면에서도 전기전도도가 중요한데, 우리 몸 속 체액은 전해질 용액이므로 전기전도도 측정을 통해 생리학적 상태를 평가할 수 있다. 땀이나 소변의 전기전도도를 측정하면 체내 전해질 불균형을 진단할 수 있다.
이처럼 전기전도도는 다양한 분야에서 활용되며, 물질의 특성을 신속하게 파악할 수 있는 중요한 지표이다. 따라서 전기전도도에 대한 깊이 있는 이해와 활용은 과학 기술 발전과 현대 사회 문제 해결에 있어 필수적이라고 할 수 있다."
2. 전기전도도의 측정원리
2.1. 전류와 전압의 관계
용액에 담겨 있는 2개의 전극에 일정한 전압을 가해주면 가한 전압이 전류를 흐르게 되며, 이때 흐르는 전류의 크기는 용액의 전도도에 의존한다는 사실을 이용한다. 어떤 전도체의 저항 R은 다음과 같은 식으로 표시할 수 있다.
R(Ω) = ρ × l / A
여기에서 ρ는 저항도(Ω·cm)이고, l은 두 전극간의 거리(cm), A는 단면적(cm2)이다. 따라서 전기 전도도 L은 다음과 같이 표현된다.
L = 1 / R = A / ρ × l = K
여기에서 K(= A / l)는 비전도도(mho/cm)이며, 동일 측정계를 사용할 경우 셀의 규격은 일정하므로 두 전극간의 거리와 단면적은 무시할 수 있다.
즉, 용액에 일정한 전압을 가하면 용액의 전도도에 따라 전류의 크기가 달라지게 되며, 이 관계를 이용하여 용액의 전기 전도도를 측정할 수 있다는 것이다.
2.2. 전기저항과 전기전도도의 관계
전기저항과 전기전도도의 관계는 다음과 같다. 전기저항 R은 어떤 전도체의 길이 L과 단면적 A 그리고 고유저항 ρ에 의해 결정된다. 즉, R = ρL/A 이다. 전기전도도 L은 이 전기저항의 역수, 즉 L = 1/R이다. 따라서 전기저항과 전기전도도는 서로 역수 관계에 있다. 전기저항이 크면 전기전도도가 작고, 전기저항이 작으면 전기전도도가 크다는 것을 알 수 있다. 이처럼 전기저항과 전기전도도는 서로 반대되는 개념이지만, 물질의 전기적 특성을 나타내는 중요한 물리량이다.
3. 전기전도도 실험이론
...
