전기특성에 대해서

• Q

  실리콘은 전기특성이 안정되어있다고 알려져 있습니다만, 무엇을 기준으로 하고 있습니까?

  물질은 전기에 의해 다양한 영향을 받는데, 그 영향의 정도에 대해서 일반적으로는 (1) 유전율(전기 흐름의 용이성), (2) 유전정접(에너지손실의 정도), (3) 부피저항률(전기의 흐름이 적은 정도), (4) 절연파괴의 강도(전압의 정도에 따라 절연성이 상실되는 한계) 등의 기준으로 나타냅니다.이들은 특히 절연체의 절연성능을 평가하는 중요한 기준입니다.
• Q

  절연체에 전기가 영향을 미친다는 원리에 대해 설명해주세요.

  절연체라고 해도 분자 중에는 플러스와 마이너스의 극성이 불균일하게 존재하고 있는데 전체적으로는 전기적으로 맞는 상태입니다.절연체에 플러스 전극을 가까이 대면 분자 중의 마이너스 전자가 전극 쪽으로 이동하여 반대편이 플러스 극성으로 변화합니다.이런 상태가 되는 것을 유전분극이라고 합니다.
  예를 들어, 흐름이 없는 물 속에 있는 송사리는 뿔뿔이 흩어져 있지만, 물이 흐르기 시작하면 일제히 같은 방향이 됩니다.송사리는 흐름의 힘에 눌려 대열을 흩뜨리지 않기 위해 머리를 상류로 돌리는 것입니다만, 그 상태와 비슷한 현상이 일어나는 것입니다.송사리의 움직임이 빠른지, 우물쭈물하고 있는지에 따라, 즉 분극의 정도에 따라 전기 특성에도 차이가 생깁니다.
  
• Q

  먼저, 유전율에 대해서 설명해주세요

  유전율은 전기의 흐름 용이성이라고 했습니다만, 분극의 용이성이라고도 할 수 있습니다.콘덴서의 경우를 예로 들면 이는 직류 극판(+,-) 사이에 절연체를 매개시켜 분극에 의한 축전기능을 갖게 하는데 그 축전의 정도(전기량)는 극판의 면적과 전해의 강도에 비례하여 그 비례정수가 되는 것이 유전율입니다.예를 들어 절연체의 공기를 1이라(비유전율)하면, 종이/2~2.5, 실리콘 오일/2.60~2.75, 운모/5~8이라는 값으로 실리콘 오일의 비유전율은 공기, 종이에 이어 작음을 알 수 있습니다.
  
  유전율 값이 작은 쪽이 절연 성능이 더 높다는 것입니다.
• Q

  유전정접에 대해 설명해 주세요.

  유전정접은 교류전계 중 에너지의 손실 정도를 나타냅니다.이 값이 클수록 절연체의 분자가 흔들려 그 마찰저항도 커져 발열을 일으킵니다(방열 에너지와 충전 에너지의 차이가 생긴다).역류를 반복하는 물 속에서 송사리가 정연하게 재빨리 방향을 틀지 못하고, 흐름의 힘에 져서 송사리끼리 부딪쳐 혼란스러운 상황을 상상해 보세요.
  
  흐름이 극단적으로 강하다든가, 어지럽게 바뀐다든가, 즉 전압과 주파수나 온도의 정도에 따라 절연이 불안해지는 것도 있다는 것입니다
  
• Q

  부피저항률에 대해 설명해주세요.

  절연파괴의 강도는 절연체에 가하는 전압을 점점 높여서 말 그대로 절연파괴(분자의 결합이 끊어져 자유전자가 대량발생하여 도전상태가 되는 것)가 될 때의 전압값으로 표시됩니다.
• Q

  절연 파괴의 강도에 대해 설명해 주십시오.

  절연파괴의 강도는 절연체에 가하는 전압을 점점 높여서 말 그대로 절연파괴(분자의 결합이 끊어져 자유전자가 대량발생하여 도전상태가 되는 것)가 될 때의 전압값으로 표시됩니다.
• Q

  실리콘의 전기 특성에 대해서 평가해 주세요.

  절연체로서 각종 실리콘 제품의 기초 원료이기도 한 대표적인 실리콘 오일(디메틸 실리콘)에 대해서 말하면, 온도나 주파수에 의한 물성 변화가 매우 작고, 특히 폭넓은 온도 대역에서 안정된 전기 특성을 발휘합니다.이는 실리콘의 기본 특성인 내열성, 내한성을 반영한다고 할 수 있으며 화학적 안정성 등도 갖추고 있어 전체적으로 내구성이 뛰어난 절연 재료로서 신뢰성이 높다고 할 수 있습니다.
• Q

  절연성에 대해 좀 자세히 알고 싶습니다만, 우선 절연은 어떤 것입니까?

  전기가 통하는 물질을 도체라고 하는데, 반대로 거의 전기가 통하지 않는 물질을 절연체라고 합니다.그 중간 물질이 반도체입니다.절연이라고 하는 것은 전기를 전달하기 어려운 성질을 말하는 것이라고 할 수 있습니다.
• Q

  절연체에는 어떤 것이 있나요?

  도자기, 유리 등이 잘 알려져 있습니다.가전 제품의 절연재로 옛날부터 익숙한 것으로는 운모(마이카)가 있으며, 일반적인 플라스틱도 마찬가지입니다.덧붙여서 도체에서는 은, 금, 동, 철, 납 등이 잘 전기를 통합니다.또한 반도체로 잘 알려져 있는 것이 실리콘, 게르마늄 등입니다.
• Q

  물체가 도체이거나 혹은 절연체가 되거나 하는 이유는 대체 무엇입니까?

  전기가 흐르는 현상은 전해액 중이나 공기 중의 이온에 의한 경우도 있지만, 여기에서는 고체인 경우에 한해 설명해 보겠습니다.물질은 원자핵과 그것을 둘러싼 여러 전자로 이루어진 원자의 조합(분자)으로 구성되어 있습니다.기본이 되는 원자의 원자핵에는 플러스 전기를 띤 양성자가 있고, 원자핵 주위에는 마이너스 전자를 가진 전자(원자의 종류에 따라 전자의 수는 다르다)가 있어 전기적으로 균형이 잡힌 상태입니다.전기를 통과시킬지 여부는 전자가 움직이기 쉬운지에 따라 결정됩니다.플러스 양성자군에 대해 마이너스 전자가 멀어지면 양성자군의 플러스 극성 비율이 강해지고 반대로 다른 물질에서 마이너스 전자가 들어오면 원자 전체는 마이너스 극성이 됩니다.이것은 전자의 이동이 도전성을 가져오는 것을 의미합니다.예를 들어, 다이아몬드와 흑연은 모두 탄소 원자로 구성되어 있습니다만, 다이아몬드는 절연체이고 흑연은 도체입니다.다이아몬드를 구성하는 탄소 원자가 전자를 단단히 잡고 놓지 않는(공유 결합 결정체)것에 비해, 흑연의 경우는, 전자가 움직이는 바다 속에 원자가 떠 있는 것 같은 상태로, 결합이 느슨하고 전자 활동이 활발(자유 전자)하기 때문에 전기를 옮기기 쉽습니다.
• Q

  원자의 결합 강도가 전기의 통과 용이성을 좌우한다는 것을 알 수 있었습니다.그런데 흔히 절연체가 정전기를 띤다고 합니다만, 그것은 어떤 현상인 것입니까?

  일반적으로 물체는 마찰에 의해 정전기를 일으킨다.예를 들어 플라스틱 책받침의 얇은 종이를 서로 문질렀다가 떼놓으면, 얇은 종이는 책받침 쪽으로 끌려가고 서로 마찰이 생긴 얇은종이 들끼리는 서로 떨어지려고 합니다.이 현상은 책받침과 얇은 종이에는 서로 다른 부합(플러스, 마이너스)의 전기가 생기기 때문인데, 이를 정전기라고 하는데 마찰로 인해 물체가 국부적으로 온도 상승하여 원자가 심하게 흔들리고 그 에너지로 인해 튀어 나온 한쪽의 전자가 다른 쪽 물체에 부착될 때 전기가 생기는 것입니다.
• Q

  실리콘은 전기 절연성이 우수합니까?

  실리콘은 일반 플라스틱이나 고무에 비해 넓은 온도 변화를 대상으로 한 경우에도 전기 절연성이 우수하다고 할 수 있습니다.왜냐하면 일반 플라스틱이 탄소결합을 골격으로 하는 데 비해 실리콘은 시록산결합(Si-O-Si)을 골격으로 하고 있어 탄소결합보다 원자간 연결이 강하고 전압과 열 등 에너지에 의해 파괴되기 어려운(즉 전자가 움직이기 어려운) 때문입니다.이러한 특징을 살려 실리콘 고무가 내열 용도의 전선에, 실리콘 오일이 신칸센 트랜스의 절연유 등에 사용되고 있습니다.