전기전도도의 이론적배경(펌)

[심천]

전기전도도의 이론적 배경

전도도는 측정된 절대값이 중요한 것이 아니고 공정의 변화를 감시하는데 더 큰 목적이 있다. 전도도는 특정 이온을 선택적으로 측정하는 것이 아니고 용액 내의 모든 이온의 집합을 측정한다. 용액전도는 금속에 전압을 가하였을때 전기가 흐르는 현상과 같다. 단지 고체가 아니고 액체이다. 고체에서는 전자가 흐르지만 액체에서는 이온이 이동한다. 액체에 이온이 많을 수록 단위시간당 이동하는 전하의 양이 많다. 용액의 전도도는 이온의 농도, 이온의 원자가, 이동도, 용액의 해리도에 관계된다. 순수의 전기전도도 측정은 특수한 경우로 볼 수 있다. 왜냐하면 순수의 전도도는 물의 해리로 생성된 H+ 이온과 OH- 이온의 전도도와 물 속의 모든 염류의 전도도를 합한 것이기 때문이다.

도체에 전압을 가하면 전류는 전압에 비례하고 저항에 반비례한다는 Ohm의 법칙 E=I x R가 성립히다. 전도율(G)는 저항의 역수 즉 G=I/R이다. 단위는 Simens(전에는 전도율의 단위를 mho라고 하였다.) 전도도는 한쌍의 전극에 분극작용(Polarization)이 발생하기 때문에 이것을 방지하기 위해 교류전압을 가한다.

용액의 전도도는 용액의 농도와 온도에 관계된다. 따라서 전극내에 Pt100또는 1000 Ohm의 RTD를 복합하여 25℃때 값으로 온도보상을 하여 지시한다. 전도도는 용액의 특성, 이온의 이동도 및 해리도에 따라 다르다. 강한 전해액(강산, 강알칼리)에서는 해리도는 증가하는데 이동도가 감소하여 이온 생성의 증가율이 직접 전도도 증가로 나타나지 않는다. 즉 농도가 어느정도 증가하면 전도도가 낮아진다. 대부분의 강산과 강알칼리에서 이와 같은 현상이 있다.

용어의 혼돈과 전도도의 단위

전기전도도 측정에 있어서 용어상의 잘못으로 많은 혼란이 있어 왔다. 우선 일본에서는 용액 전도율이라고 하는데 우리 나라에서는 전도도라고 한다. 구미에서도 혼란은 마찬가지이다. 예를 들면 전도도(Conductivity), 전해액전도도(Electrolytic Conductivity), 전도율(Conductance), 비전도도(Specific Conductivity), 비전도율(Specific Conductance)등이 자유롭게 뒤섞에 사용되어 왔다. 그러나 지금은 대부분 한가지 용어 즉 "Conductivity"만은 사용하는 경향이 뚜렷하다.

Conductivity는 1입방 센티미터의 전극쌍에서 측정한 Conductance를 의미한다. Conductivity의 단위는 Simens/cm, 또는 S/cm이다. 그러나 실제 용액에서 S/cm단위는 너무 커서 mS/cm, μS/cm를 사용한다. 예를 들어 증류수의 전도도는 약 0.5μS/cm이다. 초순수의 경우 특히 반도체 제조공정에서는 Resistivity를 선호하며 이것은 전도도의 역수로서 Megaohm·cm단위를 사용한다.

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