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재료의 평형조직과 Qusai-Chemical Model

1. 재료의 평형조직을 Qusai-Chemical Model 을 이용하여 검토하시오.가정> ① A, B 두 성분의 몰 부피가 같고 혼합시의 몰 부피 변화가 없다.② 각 성분의 순수한 상태 및 혼합용액에서 원자 간에 작용하는 힘은 가장 가까운 원자(최인접 원자) 사이에서만 존재한다. 따라서 용액의 에너지는 원자간 결합 에너지의 총 합이 된다.다음과 같은 A, B 원자를 포함하는 1 몰의 결정을 생각하면* 결합의 수 A-A 결합: PAA, B-B 결합: PBB, A-B 또는 B-A 결합: PAB* 단위 결합의 에너지 A-A 결합: EAA, B-B 결합: EBB, A-B 또는 B-A 결합: EABXA = NA / (NA+NB) = NA / No and XB = NB / N0 (No: 아보가드로수)원자들이 서로 무한대로 떨어져 있을 때의 에너지를 0으로 놓으면, EAA, EBB 및 EAB 는 음(-)의 값이다. 결정 내에서 한 원자가 갖는 배위수(coordination number)를 z (전체 결합의 수) 라고 하면, 각 원자는 z개의 최인접 원자들을 갖는다. 용액의 에너지 E는 각 원자들 결합 에너지의 총 합과 같다. 즉E = PAAᆞEAA + PBBᆞEBB + PABᆞEAB ---------------- ①따라서 E를 계산한다는 것은 PAA, PBB 및 PAB 의 값을 계산하는 문제가 된다. 이를 위하여 다음과 같은 계산을 해보면A 원자의 수 * 원자 당 결합의 수 = A-B 결합의 수 + 2 * A-A 결합의 수(위 식 우변의 둘째 항에 나타나는 2는 각 A-A 결합마다 2 개의 A 원자가 관련되기 때문이다) 따라서 아래 식이 성립한다.NAᆞz = PAB + 2PAA 또는 PAA = NAᆞz/2 – PAB/2 ----------- ②마찬가지로 B 원자에 대해서는 아래 식이 성립한다.NBᆞz = PAB + 2PBB 또는 PBB = NBᆞz/2 – PAB/2 ----------- ③식2 와 3을 식1 에 대입하면 다음과 같이 된다.E = (NAᆞz/2 + PAB/가 있을 경우에는PBB = NBᆞz/2따라서∆EM = (용액의 에너지) – (혼합 전 각 성분의 에너지) = PAB[EAB – (EAA+ EBB)/2]혼합의 과정에 대하여 엔탈피(Enthalpy) 변화를 나타내는《∆HM = ∆EM - P∆VM》식에 적용하면 이 모델에서는 ∆VM = 0 이라고 가정하기 때문에 다음과 같은 식이 성립한다.∆HM = ∆EM = PAB[EAB – (EAA+ EBB)/2] ------------- ④위의 식으로부터 주어진 EAA, EBB, EAB 값에 대하여 ∆HM 은 PAB 값에 의해 정해지며, 용액이 이상용액인 경우에는 즉, ∆HM = 0 인 경우에는 아래 식이 성립함을 알 수 있다.EAB = (EAA + EBB)/2여기서는 EAB 가 EAA 와 EBB의 평균값이 되는 것이 이상혼합 용액의 충분 조건이지 EAA = EBB = EAB 를 의미하는 것은 아니다. 만일 ⌠EAB⌡ > ⌠(EAA+EBB)/2⌡ 면 ∆HM 은 음(-)의 값이 되며 용액은 라울형 이상거동으로부터 음(-)의 편차를 나타낸다. 또한 ⌠EAB⌡ < ⌠(EAA+EBB)/2⌡ 면 ∆HM 은 양(+)의 값이 되며, 용액은 라울형 이상거동으로부터 양(+)의 편차를 나타낸다.한편 ∆HM = 0 이면, NA 개의 A 원자와 NB 개의 B 원자의 혼합은 무질서하게 되며, 이 경우에는 ∆Sconf = -R(XAᆞlnXA + XBᆞlnXB) 식으로부터 다음과 같이 된다.∆SM = ∆SM,id = -R(XAᆞlnXA + XBᆞlnXB)이상거동으로부터 편차가 크지 않은 용액에서는 즉, ⌠∆HM⌡ ≤ RT 인 용액에서는 원자의 혼합이 거의 무질서하다고 가정해도 좋으며, 이러한 경우에는 PAB 값을 다음과 같이 계산할 수 있다. 예를 들어 결정 내 두 개의 인접한 격자점을 1과 2라고 하면, 격자점 1이 A 원자에 의하여 점유될 확률은(the number of A atoms in the crystal)/(the number of lattice sites in the crystal)= NA확률은 2XAᆞXB 이 된다. 이와 비슷한 논리로 이웃하는 두 격자점이 A-A 쌍을 이룰 확률은 XA2 이며, B-B 쌍을 이룰 확률은 XB2 이다. 그러므로 이웃하는 두 격자 점이 A-B, A-A 혹은 B-B 쌍을 이룰 전체 확률은 다음과 같이 1.0 이 된다.XA2 + 2ᆞXAᆞXB + XB2 = (XA + XB)2 = 11 몰의 원자를 가지는 결정은 zᆞNo/2 개의 격자쌍을 가지고 있으므로 “A-B 쌍의 수 = 결정 내 격자쌍의 수*A-B 쌍”을 가질 확률이다. 즉,PAB = zᆞNo/2 * 2ᆞXAᆞXB = zᆞNoᆞXAᆞXB마찬가지로PAA= zᆞNo/2 * XA2= zᆞNoᆞXA2/2PBB= zᆞNo/2 * XB2= zᆞNoᆞXB2/2가 된다. 위의 식들을 식 4에 대입하면∆HM = zᆞNOᆞXAᆞXB[ EAB – (EAA+ EBB)/2 ]가 된다. 위의 식에서Ω = zᆞNo[EAB – (EAA+ EBB)/2]라고 정의하면, H은 다음과 같이 표시된다.∆HM = ΩᆞXAᆞXB이 식은 ∆HM 이 조성에 따른 포물선 함수라는 것을 나타내고 있다. 용액 내 원자들의 무질서한 혼합을 가정하였을 때 이러한 통계적 모델은 규칙용액 모델과 일치한다. 즉,∆HM = GXS = ΩᆞXAᆞXB = RTαᆞ XAᆞXB ---------------- ⑤그러므로α = Ω/RT∆GMA = ∆GM + XBᆞdᆞ∆GM/dXA 을 혼합열에 적용하면 다음과 같이 된다.∆HMA = ∆HM + XBᆞ∂∆HM/∂XA또 식5 로부터∂∆HM/∂XA = Ω(XB – XA)그러므로∆HMA = ΩᆞXA ᆞXB + XBᆞΩ(XB – XA) = ΩᆞXB2가 되며 마찬가지로∆HMA = ΩᆞXA2그런데 무질서한 혼합이므로∆SMA = -RTlnXA and ∆SMB = -RTlnXB그러므로 다음과 같이 요약된다.∆GMA = ∆HMA - T∆SMA = ΩᆞXB2 + RTlnXA -------------- ⑥그런데∆GMA = RTlnαA = RTlnγA + RTlnXA이므로 식6 과 비교하면 다음 관계가 성립에 따라 lnγA → lnγ0A = Ω/RT 의 값에 점근적으로 접근한다. 마찬가지로 헨리의 법칙과 라울의 법칙 사이의 관계에 의하여 Xi → 1 로 접근함에 따라 i 성분은 점근적으로 라울의 법칙에 따르게 된다.실제 용액에 대한 통계적 모델의 적용성은 Ω 값에 크기가 증가함에 따라 감소한다. 만일 EAB 의 크기가 EAA 와 EBB 의 평균값보다 훨씬 크거나 작으면 A 원자나 B 원사이의 무질서한 혼합에 대한 가정은 성립될 수 없다. 일정한 T 와 P 에서 용액 내 원자들의 평형 배열은 깁스 자유에너지 G 를 최소로 하는 배열이며, 여기서 G = H-TS 는 혼합 전 각 성분들이 가지는 자유에너지 값과 비교되어 측정될 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이 G 의 최소화는 H 의 최소화와 S 의 최대화 사이에 절충이 이루어진 결과 나타나게 된다. 만일 ⌠EAB⌡ > ⌠ (EAA+EBB)/2⌡ 이면 H 를 최소화하기 위해서는 A-B 쌍의 수가 최대로 되어야 한다. (용액 내 완전 규칙배열) 반면에 S 를 최대화 하기 위해서는 완전히 무질서 한 혼합이 이루어져야 한다. 따라서 G 의 최소화는 PAA 의 최대화(Ω 값이 점점 더 큰 음수로 됨에 따라 이 경향은 증가한다) 와 무질서한 혼합(온도가 증가함에 따라 이 경향은 증가한다)과의 절충이 이루어진 결과 나타나게 된다. 따라서 중요한 변수는 Ω 와 T 이다. 만일 Ω 가 매우 큰 음의 값이 고 온도가 그리 높지 않으면 값은 무질서한 혼합의 경우보다 크며, 이 경우 무질서한 혼합에 대한 가정은 논의의 여지가 있다.마찬가지로 만일 ⌠EAB⌡ < ⌠(EAA+EBB)/2⌡ 이면 H 를 최소화하기 위해서 A-B 쌍의 수가 최소로 되어야 한다.(용액 내에서의 완전 밀집 배열) 따라서 G 의 최소화는 PAA 의 최소화(Ω 값이 점점 더 큰 양수로 됨에 따라 이 경향은 증가한다)와 무질서한 혼합과의 절충이 이루어진 결과가 나타나게 된다. 그러므로 만일 Ω 가 매우 큰 양의 값이고 온도가 그리 높지 않으면 PAA 값은 무질서한 혼합의과 같은 논리가 가능하다.임의의 Ω 값에서 온도가 증가함에 따라 점점 더 무질서한 혼합에 가까워진다.임의의 온도에서 Ω 값이 작을수록 점점 더 무질서한 혼합에 가까워진다.(a) Probability of an A-B pair (b) Probability of an A-B pair이상 언급한 논의는 위의 그림에서 정성적으로 설명될 수 있다. 이들 그림에서 X 축은 50%A – 50%B 용액에서 원자들이 차지할 수 있는 공간적 배열의 범위를 나타낸다. 가장 극단적인 배열은 완전 규칙배열과 완전 밀집배열(A 와 B 사이의 혼합이 불가능하다)이며, 무질서한 배열은 이들 사이의 범위에서 일어난다.혼합 엔트로피 ∆SM 와 용액 내의 배열 상태의 관계는 곡선 ∆SM 로 나타내어진다. 이것은 무질서한 혼합일 때에 ∆SM 이 최대값을 가지는 경우이며, 규칙배열이나 밀집배열 쪽으로 이동함에 따라 무질서한 정도가 감소하므로 ∆SM 은 감소한다. 따라서 -T∆SM 은 용액의 배열에 따라 그림(a), (b) 와 같이 변화한다. 배열에 다른 용액의 생성열 ∆HM 의 변화는 그림(a) 는 열을 발생하면서 생성되는 용액에 대한 것이며 그림(b) 는 열을 흡수하면서 생성되는 용액에 대한 것이다.∆GM 곡선은 ∆HM 과 -T∆SM 곡선의 합으로 얻어지며, 평행배열에서 이 곡선의 최소값이 나타난다. 그림(a) 에서 열을 발생하면서 생성되는 용액의 평형배열은 규칙배열과 무질서한 배열 사이에 존재함을 볼 수 있으며, 그림(b) 에서는 열을 흡수하면서 생성되는 용액의 평형배열이 밀집배열과 무질서한 배열 사이에 존재함을 알 수 있다. 무질서한 배열은 ∆HM = 0 일 때에만 일어나는 평형배열이며, 또 일정한 온도에서 A-B 이성분계의 ⌠Ω⌡ 의 크기가 증가함에 따라 ∆GM 곡선의 최소점의 위치가 무질서한 배열의 위치로부터 멀어지는 것을 알 수 있다. 마찬가지로, 임의의 계(Ω 가 일정한)에서나, 온도 T 즉, ⌠T∆SM⌡ 이 증가함에 따라 ∆GM 곡선의 최소점의 위치는 무질서한 배열 쪽으로 이동한다. 있다.

공학/기술| 2008.06.07| 7페이지| 1,000원| 조회(208)

평형, 평형조직, Qusai Chemical Model

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금속의 평형상태도와 등온(항온)변태도

1. 평형상태도와 등온변태도에 대하여 논하시오.1-1) 평형상태도특정 합금계의 미세 조직과 상 구조의 제어에 관한 많은 정보는 흔히 평형(equilibrium) 또는 구성 선도(constitutional diagram)라고 하는 상태도(phase diagram)에 편리하게 함축되어 있다. 대부분의 미세 조직들은 상변태(phase transformation)를 통하여 전개되며, 온도가 변할 때 (일반적으로 냉각 시) 상 사이의 변화가 나타난다. 이것은 한 상에서 다른 상으로의 전이 또는 상의 출현 및 소멸을 수반한다. 상태도는 상변태와 그로 인한 평형 또는 비평형 특성을 갖는 미세 조직을 예측하는 데 유용하다.A. 열역학적 평형론- 각 압력, 온도에서 3개의 상중 하나의 상이 존재하는 것은 그 조건에서 존재하는 상이가장 안정하다는 의미이다.- 평형 상태도는 열역학적으로 어떤 상이 가장 안정적인지 나타내는 곡선- 열역학적 평형상태는 깁스 자유에너지(Gibbs Free Energy)로 설명할 수 있다.- 자유에너지(Helmholz & Gibbs Free Energy)가. 자유에너지계가 있는 주위가 있다고 치면 만약 내부에너지가(계) 일로 변환 될 때 계의 에너지는 감소하고 즉 엔트로피가 감소한다. 하지만 이 변화가 자발적 즉 전체 엔트로피는 언제나 증가해야 하기 때문에 주위의 엔트로피가 계의 엔트로피를 상쇄시키고 남을 만큼으로 증가해야 한다.Helmhotz 제안한 것으로, 헬름홀츠의 자유에너지(F)는 F=U-TS로 정의할 수 있다. 여기에서 U는 내부에너지 T는 열역학적온도, S는 엔트로피(entropy)이다. 온도와 부피가 변하지 않는 경우, 평형상태에서 자유에너지는 최소 값을 취하는 상태가 된다. 이 경우에는 반드시 엔트로피가 최대가 된다고 할 수 없다. 즉, 온도가 내려가면 TS의 값은 작아진다.열역학 제 1법칙인 에너지 보존의 법칙을 설명할 수 있는 정의로, 헬름홀츠는 화학반응이 일어났을 때 에너지의 흡수와 방출 그리고 반응 전과 반응 후의 에너지는 변함없다 일정한 온도와 압력에서 일어나는 자발적 변화는 계에서 Gibbs의 자유에너지가 줄어드는 현상이 나타난다. 그러므로 계에서 Gibbs의 자유 에너지 변화를 통해 계가 자발적인 변화를 통해 계가 자발적인 변화를 일으킬 수 있는지의 여부를 알 수 있다. 따라서 화학평형조건을 구하는데 유용하다. ΔG와 반응의 자발성 간의 관계는, 온도와 압력이 일정한 경우 ΔG가 0보다 작으면 정반응이 자발적이며, 0 이면 반응은 평형상태, 0보다 크면 정반응은 비자발적이나 역반응이 자발적이다.Helmhotz 및 Gibbs 자유에너지의 유도이들 두 함수는 열역학 제1법칙 및 제2법칙이 조합된 형태, 또는 어떤 폐쇄계에서 엔트로피 변화에 대한 기본 식을 에너지 변화로 표시한 것으로 생각할 수 있다.먼저, 일정온도 T 및 일정 체적 U에서 과정이 진행되는 계를 생각해 보자. 열역학 제1법칙으로부터 내부 에너지의 변화 ΔU는 ΔU=q-w표시된다. q는 일정온도에서 가역적으로 흡수된 열량이며,w는 그 과정 중에 계가 행한 일이다.엔트로피 변화에 대한 Clausius의 정의에서ΔS= q / T ∴q=TΔS →ΔU=TΔS-W 또는 -W=ΔU-TΔS (T, υ:일정)가 된다.여기서 -W=과정 중에서 계가 행한 최대 일, ΔU=계의 내부 에너지 증가 TΔS=내부적인 재배열에 쓰인 에너지, 또는 결합 에너지이 최대 일의 함수(U-TS)는 매우 중요하므로 특별한 명칭을 부여 하였으며, 이를Helmholtz 자유 에너지 (A)라고 한다. 즉, A=U-TS 계가 일을 하면 앞의 식으로부터 -Wmax=ΔU-TΔS =ΔA 로 쓸 수 있다. 여기서 A는 과정이 가역적으로 진행될 때 일정온도 및 일정체적 하에서 이루어질 수 있는 최대의 일을 나타낸다. 어떤 과정에 있어서 A의 변화는 그 계의 초기 및 최종상태에 의해서만 정해진다.많은 실제적인 과정들이 일정압력과 일정온도에서 수행되기 때문에 이러한 조건 하에서 최대의 유용한 외부적 일, 또는 자유 에너지를 나타내는 또 다른 함수 G를 도입하는 것이 편리하다. 에너지의 정도를 정해준다는 개념과 일치하며, 어떤 주어진 과정에 대한 ΔG의 값은 그 과정의 진행과 함께 대기압이 계에 대해서 일을 하는지의 여부에 따라 ΔA보다 클 수도 있고 작을 수도 있다. 반응물의 특정 량에 대한 자유 에너지 값은 가역 과정에 있어서 그 계로부터 얻는 유용한 일의 정도를 뜻한다. 그 외 다른 조건 하에서는 과정으로부터 실제로 얻어지는 일의 양은 자유 에너지 변화보다 적게 된다.평형 상태도는 평형에서의 온도와 조성, 그리고 상의 양적 사이의 관계를 보여 주는 지도와 같다. 여러 가지의 서로 다른 변수가 있겠지만, 대부분의 2원계 합금에 평형 상태도는 주로 온도와 조성만을 변수로 한다. 따라서 앞으로 논의할 평형 상태도는 온도와 조성만을 변수로 다루도록 한다. 외부 압력 도한 상의 구조에 영향을 미치는 매개 변수이다. 하지만 대부분 실질적으로 적용하는 데 있어 압력은 일정하게 유지되므로, 1기압의 정압 조건으로 한다.나. Gibbs Phase Rule평형 계에서 존재하는 상의 수와 조절 가능한 외부 변수들의 수와의 관계를 나타내는 식.J. Willard Gibbs는 주어진 수의 성분을 포함하고 있는 평형계에서 존재할 수 있는 여러 가지 상들(고체․액체․기체)에 대한 최소한의 독립변수들(온도․압력․농도)의 영향에 관계되는 유용한 방법인 상률(Phase rule)을 체계화하였다.- 자유도의 수(F:number of degrees of freedom)는 계를 완전히 설명하기 위해 고정하여야 하는 세기변수들 (intensive variables ; 온도․압력․농도․굴절율․밀도․점도 등)의 최소한의 수이다. 상률의 유용성은 바로 여기에 있다고 볼 수 있는데, 어떠한 계에 관련된 많은 수의 세기 성질들이 있지만 계를 규정하기 위하여 이 모두를 다 설명할 필요는 없다는 것이다.- 성분의 수(C: number of components)는 평형상태의 계의 각 상의 조성을 화학식이나 화학방정식으로 표현할 수 있는 성분의 가장 작은 수를 의미한다.상(phas 그리고 각 몰분율 X 들의 합은 1 이 되어야 하므로 독립변수의 수는 C(C-1) 개가 되고, 온도와 압력이라는 변수가 추가되기 때문에 계의 독립변수는 P(C-1+2) = P(C+1) 이다.* 자유도의 수(F) = 계의 독립변수 – 계의 필요한 독립변수= P(C+1) – (P-1)(C+2) = C-P+2하지만 대부분의 계, 특히 금속에서는 압력을 1bar로 고정하기 때문에F = C-P+1 (단, P = 1bar)1) one phase: F = 2(P T의 변수)2) two phase: F = 1(P또는 T 중 1개가 변수)3) three phase at triple point: F = 0(P T와 상관없이 정해짐)B. 평형상태도(Equilibrium phase diagram)합금의 성분비율과 온도에 따른 상태를 나타내는 그림으로써, 횡측에는 조성, 종축에는 온도로서 표시하고 있다.온도, 성분 변화에 따른 합금의 상이 어떠한 상태로 되는 가를 나타내는 그림. 즉, 평형적으로 존재하는 합금의 상의 영역을 나타내는 것이 평형 상태도 이다.온도도-조성 평형상태도(a1) C=2, P=1 (상태: 액체)자유도F = C – P +2 (강도인자: 조성, 온도, 압력),액체의 조성 za, F'=2(a2) C=2, P=2 (상태: 액체와 기체 (※기화가 시작됨))자유도F = 2 (강도인자: 조성, 온도), F'=1(a3) C=2, P=2 (상태: 액체, 기체 공존)자유도F = 2 (강도인자: 조성, 온도), F'=1액체의 조성 xa, 기체의 조성 ya, 전체 물질의 조성 za(a4) C=2, P=2 (상태: 액체, 기체 (※모두 기화됨))자유도F = 2 (강도인자: 조성, 온도), F'=1기체의 조성: za(a5) C=2, P=1 (상태: 기체)자유도: F = 3 (강도인자: 온도, 조성, 압력)기체의 조성 za, F'=2- 공비점 혼합물 평형 상태도증발과 응축 등 증류를 반복해도 더 이상 순수한 물질을 얻을 수 없고 어떤 조성의 혼합물만이 증류되는 현상을 나타내는 혼합물을 )유형6)가장 대표적인 2 성분계 상태도인 Fe-C 평형상태도1-2) 등온(항온)변태도공석강을 A1 변태온도 이상으로 가열한 후 어느 정도의 시간을 유지하게 되면 단상의 오스테나이트가 되는데, 이와 같이 오스테나이트화 한 후에 A1 변태온도 이하의 어느 온도로 급랭시켜서 이 온도에서 시간이 지남에 따라 오스테나이트의 변태를 나타낸 곡선을 항온변태곡선(isothermal transformation curve)이라 하고, 다른 용어로는 TTT곡선(time-temperature-transformation curve), C곡선, 또는 S곡선이라고 불리어진다.그림1 은 공석강(0.8%C강)의 전형적인 항온변태곡선을 나타낸 것이다. 여기서 보면 항온변태곡선은 2개의 C자 형상을 가진 곡선으로 구성되어 있는데, 왼쪽 곡선은 변태 개시선을, 오른쪽 곡선은 변태 종료선을 나타내는 것이다. 또한 550℃ 부근의 온도에서 곡선이 왼쪽으로 돌출되어 있는데, 이것은 변태가 이 온도에서 가장 먼저 시작된다는 것을 의미하는 것으로서 이 곡선의 nose라고 부른다. 이와 같이 항온변태곡선의 중요한 특징은 변태가 시작되는 시간과 종료되는 시간을 나타낸다는 것으로서, 일반적으로 nose온도 위에서 항온변태시키면 펄라이트(pearlite)가 형성되고, nose 아래의 온도에서 항온변태시키면 베이나이트(bainite)가 형성된다. 펄라이트와 베이나이트 두 조직 모두 페라이트와 시멘타이트로 이루어져 있으나, 펄라이트는 두 상이 교대로 반복 되어지는 층상조직을 나타내고 있고 베이나이트는 침상에 가까운 형태를 나타낸다. 또한 펄라이트 형성온도범위중 비교적 높은 온도에서 형성된 펄라이트는 조대하고, 비교적 낮은 온도에서 형성된 펄라이트는 미세하다. 베이나이트 역시 형성온도에 따라 조직의 차이를 보이는데, 350∼550℃범위의 온도에서 형성된 상부베이나이트(upper bainite)는 페라이트 주위에 시멘타이트가 석출되는 반면에, 250∼350℃ 온도범위에서 형성된 하부베이나이트(lower bainite

공학/기술| 2008.06.07| 12페이지| 2,000원| 조회(1,509)

평형상태도, 등온, 등온(항온)변태도

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[신소재] 초전도체 평가B괜찮아요

금속전공 9941067 정연일 ▶초전도체의 특징임계온도 이하에서 저항이 사라진다.금속물질에서 저항이 생기는 근본 원인은 진동하는 원자핵과 자유전자가 충돌하기 때문이다. 온도가 낮아지면 원자핵의 진동 크기가 줄어들기 때문에 자유전자가 덜 방해를 받아 저항이 감소된다. 임계온도 근처에서는 저항이 거의 0에 가까워지는데 이런 현상이 일어나는 근본적인 이유는 확실하지는 않지만 다음과 같다. 초전도체에서는 전자들이 짝을 이루는 것(쿠퍼쌍)으로 밝혀졌다. 초전도 상태에서 이렇게 짝을 이룬 전자쌍들이 일정하고 조화롭게 진동하는 원자핵의 방해를 받지 않고 자유롭게 흘러가기 때문에 저항이 생기지 않는 것이다.영구전류를 만들 수 있다.고리모양의 초전도체에 전기를 잠시 흐르게 하고 폐쇄 회로를 만들면 저항이 없기 때문에 전기를 공급하지 않아도 전기가 영구적으로 흐른다. 이를 통해 영구자석을 만들 수 있다.자기장이 통과하지 못한다.대부분의 물질은 자기장을 통과 시키는 반면에 초전도체는 내부에 흐르는 영구전류로 인해 자신에게 가해지는 자기장을 내부로 들어오지 못하게 한다.(마이너스 효과) 초전도 상태에 있는 물체 위에 자석을 마술처럼 띄울 수 있는 이유도 여기에 있다.상온에서 자석을 초전도 물체 근방에 놓고, 물체를 냉각해 초전도 상태로 만들면 초전도체 안에 자력선이 고립돼 자석과 함께 행동한다.임계온도, 임계전류, 임계자장이 있다.초전도 상태를 유지하기 위해서는 현재 물체를 -200℃이하로 유지해야한다. 이 이상의 온도가 되면 물체의 저항이 돌아와 초전도 상태가 깨진다. 온도 외에도 초전도 상태를 깨는 요인이 있다. 초전도체에 전류를 과도하게 많이 통과시키거나, 강한 자기장을 걸어주면 초전도 상태가 깨진다.▶초전도체 임계온도의 증가최초로 초전도체를 발견한 사람은 네덜란드의 물리학자 온네스(1911)다. 그는 1908년 기체 헬륨을 압축하여 4K의 액체 헬륨을 만들어 내는데 성공하였고, 이 액체 헬륨을 이용하여 물질의 온도를 절대온도 0도에 가깝게 냉각시킬 수 있었다. 이를 이용해 수은을 저온으로 냉각시키면서 전기저항을 측정하던 중 액체 헬륨의 기화온도인 4.2K 근처 이하에서 수은의 저항이 급격히 사라지는 것을 발견하였다. 그 후 1986년 이전까지는 초전도체중 임계온도가 가장 높은 것은 Nb과 Ge의 혼합물인 NbGe합금이었다. 임계온도는 20K근방이었는데 이 정도의 온도를 만들기 위해서는 액체 헬륨으로 냉각 시켜야 했는데 액체 헬륨은 고가이고, 공기 중에서 순식간에 날아가 버리기 때문에 실용적이지 못했다.이후 세라믹 중에서 고온에서 초전도 현상을 가지는 물질이 있다는 추측 아래 많은 사람들이 세라믹 초전도체를 연구했다. 1986년 처음으로 IBM의 베드노르즈와 뮬러가 구리 산화물 가운데 40K 이상에서 초전도 상태를 가지는 물질을 발견했다. 이후에 미국 휴스턴 대학에서 90K에서 초전도를 띠는 이트륨계 구리 산화물()을 개발했다. 90K의 임계온도를 가진다는 것은 온도를 낮추는데 액체질소를 사용할 수 있다는 점에서 응용성이 대단하다. 질소는 대기 중에 가장 많은 기체이고 액체로 만드는 비용도 적기 때문에 경제성이 상당하기 때문이다. 이후 초전도체의 임계온도는 더 높아 졌다. 이들 중에는 임계온도가 110K에서 130K까지 연속적으로 이어지는 라고 표시되는 구리 산화물 초전도체가 있다. 여기서 A에는 Bi나 Ti이 들어갈 수 있고 M에는 Sr이나 Ba이 들어갈 수 있다. 이 초전도체는 perovskite광물과 같은 결정구조가 기본이고 이 사이에 구리와 산소 원자가 그물처럼 이루어져 있다. 초전도체에서는 전자들이 짝을 이루고, 초전도 상태에서 이렇게 짝을 이룬 전자쌍들이 일정하고 조화롭게 진동하는 원자핵의 방해를 받지 않고 자유롭게 흘러가기 때문에 저항이 생기지 않는 것으로 밝혀졌는데 이 초전도체도 결정구조 내에서 구리와 산소의 그물이 바로 전자쌍이 흘러가는 통로로 여겨진다. 과학자들이 발견한 바에 따르면 n이 증가하면 구리와 산소 그물 층이 증가하여 임계온도가 증가한다. 하지만 n이증가해 구리와 산소의 그물 층이 증가하면 이런 초전도체를 만들기가 어려워지고, 만든다 하더라도 불안정해서 다른 물질로 변하기 쉬워서 현재는 3개 이상의 그물 층을 만드는 것은 불가능 한 것으로 알려져 있다. 현재 가장 높은 임계온도를 보이는 초전도체는 125K로 이다.▶초전도체의 응용초전도체로 만드는 마이크로파 소자마이크로파 소자는 이동통신 중계기나 안테나 등에 사용되는 데 이 소자의 성능에 따라 중계기가 담당할 수 있는 지역의 넓이와 동시에 이용할 수 있는 회선의 수가 결정된다. 이런 마이크로파 소자는 현재 금속으로 만들어 지는데 금속의 저항으로 마이크로파 소자의 손실을 가져오는데, 만약 저항이 없는 초전도체를 이용하면 마이크로파 소자의 성능을 혁신적으로 개선할 수 있다.조셉슨 접합초전도체 사이에 수십nm 두께의 절연물질을 넣으면 전압이 걸리지 않은 상태에서 양자효과로 전류가 흐른다. 이를 조셉슨 접합이라 한다. 초전도 접합을 이용한 연산 소자는 전류를 매우 정확히 조절할 수 있기 때문에 현존하는 가장 빠른 컴퓨터의 속도를 몇 배나 더 빠르게 만들 수 있다. 그리고 초전도 접합을 이용한 장치인 스퀴드는 극히 미세한 자기장을 측정할 수 있기 때문에 인체에 발생하는 뇌파도 측정해 의료에 쓰일 수 있다.자기부상열차초전도체의 자기부상효과를 이용해서 차체가 고속에서도 레일 밖으로 튕겨나가지 않도록 할 수 있다.핵융합발전초전도체를 이용해 발생시킬 수 있는 초강력 자기장을 응용하면, 태양에서처럼 높은 온도가 발생해 이 세상의 어떤 물질로도 담을 수 없는 핵융합 물질을 공중에 띄움으로써 핵융합 발전을 가능하게 할 수 있다.전기저장장치발전소에서 남는 전기를 고리모양의 영구전류나 마이너스 효과를 이용해 초전도 전기저장장치가 가능하다. (영구전류의 이용-SMES: 남아도는 전기를 고리모양의 초전도 코일에 저장,마이너스효과 이용-남아도는 전기를 공중에 떠서 도는 모터를 이용해 전기에너지를 운동에너지로 변환하는 장치가 가능하다.(비교적 작은 용량의 전기에너지 저장장치: 플라이 휠)자기공명장치초전도체로 얻을 수 있는 강한 자기장을 이용한다.▶초전도체에 대한 나의 생각♠초전도체와 미래앞으로 다가올 미래에는 자원의 고갈로 인해서 최대한 자원을 효율적으로 이용하는 기술 들이 주목을 받게 될 것이다. 따라서 초전도체는 앞으로 다가올 미래에 걸 맞는 기술의 혁 신을 가져올 것이다. 초전도체로 인해서 전기저항을 0으로 만들어 전기의 손실을 줄이고, 남는 전기를 손실 없이 저장할 수 있고, 핵융합 발전을 가능하게 하는 등의 에너지 이용효 율을 지금보다 훨씬 증가시켜줄 것이다. 그 외에도 초전도체를 이용한다면 많은 부분에서 기술혁신이 생길 것이다. 하지만 아직도 저온에서만 초전도 형상을 보이는 재료만이 개발 되어서 실용화는 되지 않은 상태이다. 따라서 상온에서 초전도 현상을 보이는 재료를 개발 한다면 사회의 만은 부분에서 변화가 생길 것이다. 하지만 아직 초전도 현상이 일어나는 원인이 확실히 규명되지 않았기 때문에 상온에서 초전도 현상을 보이는 재료를 개발하는 데에는 많은 시간이 필요할 것 같다. 모든 새로운 기술이 그렇듯이 기본원리가 규명되지 않으면 더 나은 발전을 기대하기는 힘들기 때문에 초전도 현상이 일어나는 정확한 원인을 규명하는 것이 초전도체를 개발하는데 중요하다고 생각된다. 하지만 지금까지 많은 사람들이 불가능 하다고 생각한 기술들이 나오고 있기 때문에 언젠가는 상온에서도 초전도 현상을 가지는 재료가 개발될 것이다.

공학/기술| 2003.12.12| 3페이지| 1,000원| 조회(806)

초전도체, 신소재, 나노, 특징, 임계온도

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리더십

1. 리더십의 定義리더십에 대한 정의는 그동안 많은 연구가 진행되었음에도 불구하고 아직 합의된 정의가 이우어지지 않고 있다.일반적으로 리더십은 한 개인이 다른 구성원에게 이미 설정된 목표를 향해 정진 하도록 영향력을 행사하는 과정으로 정의하고 있으나, 이러한 활동과 관련된 적극적인 강화(positive reinforcement), 목표설정(goal setting), 집단화 관계관리(managing inter group relation) 등에 관한 실제적이고 효과적인 리더십의 활동을 연구하고 이해하기란 너무나 광범위한 연구분야라 할 수 있을 것이다.일반적으로 리더는 목표관리, 종업원의 동기부여 및 목표 설정시 조언, 조직구성원들의 지속적인 행동을 이해해야 한다. 리더의 효율성 증대는 이러한 모든 경영활동을 어떻게 수행하느냐에 달려 있다.지금까지 리더가 다른 구성원에 비해 무엇이 다른가에 대해 이를 예측하고, 설명하고, 이해하기 위한 많은 연구가 있었는데, 이를 크게 나누어 3가지 유형의 리더십 이론으로 분류할 수 있다. 이 이론은 특성이론(traittheory), 행동이론(behavioral theory), 상황이론(contingency theory) 등이 있다.이들 각 이론들은 제각기 많은 특징을 갖고 있으며 효율적인 리더십의 규명에 많은 도움을 주었으나. 동시에 각이론이 지니는 한계점도 존재하고 있다. 따라서 앞으로의 이론적 접근 방안도 이러한 제이론을 통합하는 방향으로전개되어야 할 것이다.⊙ 리더십이론의 비교 ⊙+-----------+---------------------------------------------------+-----------------------------------------+| | 연 구 모 형 | 특 징 |+-----------+---------------------------------------------------+-----------------------------------------+|특성이론 | | 리더와 비리더를 구---------------------+|상황 이론 | 성 과 | 리더의 유효성은 그의 유형 뿐만 아 ||(1970년 | 리더 행동 만 족 | 니라 리더십 환경을 이루는 상황에 의 || 이후) | 기타변수 | 해서도 결정된다. 상황에는 리더나 하 || | | | 위자들의 특성, 과업의 성격, 집단의 || | 상황 요인 : 과업, | | 구조, 강화의 유형 들이 포함된다. || | 개인적 특성, 집단 -----+ | || | 성격 | |+-----------+---------------------------------------------------+-----------------------------------------+2. 리더십의 특성이론1.배경리더십 이론 중에서 特性理論은 效率的인 리더는 非效率的인 리더와 명확히 구별되는 몇 가지 특성과 성질을 갖고 있다고 가정하고 있다. 이 이론은 제 1 차 세계대전 초에 미국심리학협회가 실시한 연구결과에서부터 대두되기 시작하였는데 이 심리학위원회는 육군선발시험이라는 기법을 개발하여 미육군의 선발심사업무를 지원하였다. 전쟁이 끝난 후 산업부문에에 이 기법을 적용, 발전 시키기에 이르렀다.이러한 특성이론은 종래의 리더십 연구의 주류를 이루었다. 이 접근 방법의 특징은 선천적이든 후천적이든 리더의 일련의 공통적인 특성을 규명하는 것이었다. 이 이론에 따르면 리더가 고유한 개인적인 특성만 가지고 있으면 그가 처해있는 상황이나 환경에 관계없이 항상 리더가 될 수 있다는 것이다. 따라서 모든 사람이 리더의 자질을 구비하고 있지 못하기 때문에 그러한 특성을 가진 자만이 리더가 될 수 있다는 것이다.특성이론가들은 리더가 구비하고 있는 공통적인 특성을 규명하는 데 온갖 노력을 기울여 왔다. 비나드(Chester I.Barnard)는 리더의 자질로써 먼저 안정적 상황하에서 냉정, 침착성이 필요하다고 강조하고, 오늘날과 같이 불안정, 격변, 불확실성 상황하에서는 크게 두 가지 리더십 특성으로 나누고 있는데, 첫째, 기술적인 면으로 체력 탁월한 자질을 보유하고 있다 하더라도 직무 수행에는 실패했다는 연구 결과가 있다. 이는 성공적 측면보다 실패를 예측하는 측면에 더욱 정확성을 갖는다. 그러므로 기셀리의 자기기술서가 리더십의 특성을 나타낸다 하더라도 다른 요소들과의 관계가 리더의 업적에 영향을 미침을 간과해서는 안 될 것이다.세 번째 문제점은 특성이론가들이 전통적으로 狀況問題를 거론하지 않고 모든 리더들을 동일한 특성으로 특성화하려는 점이다. 모든 기업에서 탁월한 판매관리자,생산관리자,연구관리자,재무관리자는 모두 같은 특성을 가지고 있다는 기셀리의 가정이 복합기업체에서도 광범위하게 적용될지도 의문이다.네 번째 문제점은 어떠한 상황하에 있어서 활동적인 특성이 다른 상황에서는 비활동적이라는 것이다. 이 문제점을 이해하기 위해서는 인간이 갖고 있는 부끄러움이라는 특성이 단손한 점이 아니라는 것을 먼저 이해 해야 한다. 즉, 그들은 어떤 상황하에서는 부끄러워하지만 다른 상황하에서는 부끄러움을 느끼지 않는다. 다시 말해 하나의 특성은 인간이 주어진 상황하에서 취하는 하나의 행동양식 이라고 할 수 있다. 결과적으로 인간의 퍼스낼리티 특성을 확실하게 측정할 수 있는 기법이 신뢰할 수 있는 단계까지 발달하지 못하고 있는 현상에 있어서 특성이론의 과학적 기초는 빈약하다 하지 않을 수 없다.제닝스(E.E. Jennings)는 과거 100년간에 걸쳐 특성이론에 관한 많은 연구와 문헌에서도 아직 리더와 비리더를 식별하는 단 하나의 완전한 퍼스낼리티 특성을 확인 할 수가 없다고 한다. 결단력있는 사람으로 특성화된 사람은 일반적으로 결단력이 있다. 따라서 자신이 발견한 상황이 높은 결단력을 필요로 한다면 실제 그렇게 행동할 것이다. 그러나 특성은 단순히 그렇게 서술될 수 많은 없다. 즉,개인은 많은 상황하에서 분명히 몇가지 다른 행동을 취할 것이기 때문이다. 요컨데, 특성이론은 오늘날 리더십 연구의 주류로서는 퇴색하고 있는 추세이다. 즉, 특성이론은 퍼스낼리티 側定値에 신속성이 없기 때문에 효과적인 리더의 요건은 무엇해 알아야 한다고 주장하는 반면, 특성이론가들은 리더의 행동을 측정할 필요가 없다고 주장하고 있다.결국, 두 이론간에는 보다 미묘한 차이가 있다. 특성이론에서 볼 때 리더는 후천적인것 보다는 선천적인 것으로 가정하고 있으며, 행동이론에서는 행동이 변하게된면 리더는 만들어 지거나 개발될 수 있다고 가정하고 있다.1. 리더십의 類型화이트와 리피트는 리더십에 실험적 연구를 통해서 의사결정과정에서 나타나는 리더의 행동을 중심으로 권위형, 민주형, 자유 방임형 리더십으로 분류 하였다.1 권위형 리더십 : 리더는 그 추종자의 의견을 잘 들으려 하지 않으며, 조직의 목표와 그 운영방침 및 상벌을 리더가 독단적으로 결정하고, 리더 자신이 조직의 기능을 독점하려고 한다.2 민주형 리더십 : 조직의 계획과 운영 방침은 리더의 조언에 따라 집단구성원의 토의를 거쳐 결정하며, 업적 이나 상벌은 객관적 자료에 의하여 평가하고 수여 한다.3 자유방임형 리더십 : 리더는 조직의 계획이나 운영상의 결정에 관여하지 않고, 수동적 입장에서 행동하며, 조직구성원들에게 모든 일을 방임해 버린다.⊙ 권위형,민주형,자유방임형 리더십의 비교. ⊙+-----------+-----------------------+-----------------------+-----------------------+ | | 권위형 리더십 | 민주형 리더십 | 자유방임형 리더십 |+-----------+-----------------------+-----------------------+-----------------------+|과업의 계획| 과업의 계획 목표는 | 리더의 조언에 따라 | 계획이건 목표이건 리|| 목표| 리더가 정함. | 집단이 스스로 결정. | 더는 결정에 불참, 개인|| | | | 적,집단적으로 결정해도|| | | | 무방. |+-----------+-----------------------+-----------------------+-----------------------+|과업의 진행| 1 그때그참가하지 않음. | 더도 집단의 일원이 됨| |+-----------+-----------------------+-----------------------+-----------------------+|사회적 풍토| 1 생산적 | 1 매우 생산적. | 매우 비생산적 || | 2 리더에게 적의를 가 | 2 리더에게 적의를 가 | || | 진다. | 지지 않는다. | || | 3 비굴하다. | 3 비굴하지 않고 복종 | || | 4 의탁적이다. | 은 잘 한다. | || | 5 덜 창의적. | 4 비의타적이다. | || | 6 동료들 사이에 있어 | 5 창의적 | || | 서 경쟁적이며 덜 친근| 6 동료들이 협력적. | || | 하다. | | |+-----------+-----------------------+-----------------------+-----------------------+4.리더십의 상황이론리더십의 특성이론이나 행동이론 등의 리더십 유형에 관한 연구들의 일괄된 과제는 모두 어떤 유일한 이상적인 이상적인 리더십 형태를 발견하려고 하는 것이었다. 그러나 이들 연구들은 모두 유효성이란 측면을 적절히 설명하지 못하였다. 즉, 어떤 상황에서는 그러한 유형들이 유효한 것으로 나타나나 그 반대의 연구 결과 들도 많이 나타나고 있기 때문이다.따라서 어떤 상황에서나 효과적으로 적용될 수 있는 유일의 리더십 유형이란 존재하지 않다는 것을 인식하고 리더십의 유효성을 상황과 연결시키려는 상황이론이 등장하게 된 것이다.탄넨바움과 쉬미트는 효율적인 리더십은 리더,부하,상황 그리고 그들간의 상호관계에 따라 좌우된다고 보고 상황이론에서 고려되고 있는 중요한 상황적 요소들을 다음과 같이 지적하고 있다.1 리더의 행동적 특성 : 리더의 행동에 작용하는 리더의 성격,욕구,동기,과거의 경험과 강화작용 등을 포함한다. 2 부하의 행동적 특성 : 부하의 행동 패턴에 영향을 주는 성격, 욕구,동기,과거의 경험, 그리고 강화작용 등을 말한다.3 과업과 집단구조 : 과업의 내용과 명백

사회과학| 2002.09.29| 6페이지| 1,000원| 조회(636)

리더십, 리더, redership

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