전기 전도체 문서 원본 보기

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[[파일:Stranded lamp wire.jpg|섬네일]]
'''전기 전도체''' (電氣傳導體, electrical conductor)는 [[전도도]]가 높아서 [[전기]]가 통하기 쉬운 [[재료]]를 말한다. 줄여서 '''도체'''(導體)라고 부른다.
물리학과 전기공학에서 도체는 전류를 한 방향 또는 여러 방향으로 흐르게 해주는 물질의 한 종류이다. 예를 들어, 전선은 전기를 도선을 따라 길게 흐르게 해주는 전기적 도체인 셈이다. 구리나 알루미늄과 같은 금속에서 유동성의 대전된 입자를 [[전자]]라고 한다. 양전하는 또한 배터리의 전해질 양이온 또는 [[연료전지]]의 양이온과 같이 유동적이다. [[인슐레이터]]는 많지 않은 유동 is성의 전하들을 가진 부도체로 적은 전류의 흐름을 지지할 뿐이다.

[[도전율]]은 물질에 의해서 결정되는 [[세기 변수]]({{lang|en|intensive variable}})로, [[금속]]에서 [[세라믹]]까지 20 자리의 차이가 난다. 일반적으로 도전율이 [[흑연]]의 도전율(10<sup>6</sup>S/m) 이상인 것을 '''도체''', 10<sup>−6</sup>S/m 이하인 것을 [[절연체]], 그 중간의 값을 가지는 것을 [[반도체]]라고 한다.
(10<sup>6</sup>S/m라고 하는 도전율은 1mm<sup>2</sup>의 단면적에 1m 도체 저항이 1Ω이 되도록 전기가 통하는 것을 말한다.)

== 전선 크기 ==
전선은 그것의 단면도에 의해 측정된다. 많은 나라에서 제곱 밀리미터로 표현된다. 북아메리카에서 도체는 더 작은 것을 위한 와이어 게이지 그리고 더 큰 것을 위한 원주밀에 의해 측정된다.

== 전도도 ==
도체에 의한 저항은 재료의 종류와 단면적에 의해 결정된다. 물질에서 저항은 면적에 반비례한다. 예를 들어 두꺼운 구리 전선은 같은 종류의 얇은 구리전선 보다 더 적은 저항을 받는다. 또한 받은 물질에서 저항은 길이에 비례한다. 예를 들어 긴 구리전선은 같은 종류의 짧은 구리 전선보다 더 큰 저항을 가진다. 그러므로 균일한 단면적의 도체의 저항 R과 전도도 G는 계산
:<math>R = \rho \frac{\ell}{A},</math>
:<math>G= \sigma \frac{A}{\ell}.</math>

로서 계산될 수 있다. 여기서 l은 미터로 측정되는 도체의 길이 이고 A는 제곱미터로 측정되는 도체의 단면적이다. σ는 1미터당 [[지멘스]]로 측정되는 도전율이고 ρ는 미터 옴으로 측정되는 물질의 저항률이다. 저항률과 도전율은 연속적으로 비례하므로 도선이 만들어진 물질로만 결정되고 선의 기하학적 구조로는 결정되지 않는다. 저항률과 도전율은 역수관계이다: (ρ=1/σ). 저항률은 전류와 반대되게 측정되는 물질의 성질이다. 이 수식은 도체 내의 전류밀도가 모두 일정하다고 가정하고 있기 때문에 항상 실제상황에 부합하지는 않는다. 그러나 이 공식은 도선같은 긴 전도체에서는 거의 근사치를 보여준다.

이 공식이 일치하지 않는 다른 상황은 교류전류가 흐를 때 인데, 표피효과가 도체 중심 주변부의 전류의 흐름을 방해하기 때문이다. 그래서 기하학적 단면과 효율적 단면이 달라져서, 저항이 기댓값 보다 높아진다. 이와 유사하게 두 개의 전도체가 교류를 가지고 가까이 있으면 근접효과로 저항값이 증가하게 된다. 상용되는 전력교류주파수에서는 이 효과가 전력변전소의 부스바(busbar) 또는 수백 암페어 이상의 고전력 케이블 등과 같이 높은 전류를 운반하는 큰 도체들 사이에서 크게 나타난다.

== 도체의 전류용량 ==
도체의 전류용량 즉, 전류를 흐를 수 있게 해주는 양은 그것의 전기적 저항과 관련이 있다. 저항이 작은 도체는 많은 양의 전류를 흐를 수 있게 해준다. 결과적으로 저항은 도체를 만드는 물질과 도체의 크기에 의해 결정되는 것이다. 도체를 만드는 물질에서 도체의 단면적이 더 넓으면 단면적 좁은 도체보다 더 적은 저항을 갖게 된다.
도체에서 극한의 한계온도는 저항에 의한 전력이 도체를 녹게 만드는 지점에 있다. 하지만 퓨즈를 제외한 대부분의 도체는 실제로 이러한 제한온도가 훨씬 아래에서 일어난다. 예를 들어 가정의 전선은 약 60도까지 작동되는 PVC 절연체로 절연처리가 되어있다. 그래서 이런 전선의 전류는 제한되어 있기 때문에 화재의 위험을 야기하면서 구리 도체를 60도까지 가열시키는 일은 절대 없다. 하지만 그 외에, 더 비싼 테플론 (프라이팬에 음식이 눌러 붙지 않게 칠하는 것) 또는 섬유 유리와 같은 절연체는 훨씬 더 높은 온도에서도 작동될 것이다.

== 등방성 ==
만약 전기장이 물질에 적용되고 그 결과 유도된 전류가 같은 방향으로 흐르게 되면 물질은 [[등방성]]의 전기 전도체(isotropy electrical conductor)로 불린다. 반면에, 전류가 적용된 전기장으로부터 다른 방향을 가진다면 그 물질은 [[이방성]]의 전기 전도체(anisotropic electrical conductor)라 한다.

== 도체의 특징 ==
도체의 성질은 대체로 5가지로 나뉜다.
# 도체 내부에는 [[자유전자]]가 많아 전하를 잘 이동시킨다.
# 도체 내부의 [[전기장]]은 0이다.
# 도체에 과잉전하를 주면 표면에만 분포하며 뾰족한 곳에 많이 분포한다.
# 도체 표면, 내부는 모두 등전위면을 이룬다.
# 전기력선은 도체 표면에 수직이다.

== 전도체의 전압 ==
전도체의 전압은 "V"로 표시하며 이는 다음과 같다.
: ''V = IR''

여기서
: ''I''는 [[암페어]] 단위의 전류를 말한다.
: ''V''는 [[볼트 (단위)|볼트]] 단위의 전압차를 말한다.
: ''R''은 [[옴 (단위)|옴]] 단위의 [[전기저항]]을 말한다.

== 전기 전도체의 종류 ==
전도물질은 [[금속]], [[전해질]], [[초전도체]], [[반도체]], [[플라즈마]] 그리고 [[흑연]]과 전도성 고분자 같은 몇몇 비금속 전도체가 있다.

[[구리]]는 높은 전기전도성을 가지고 있다. 다른 전기적 전도체들과 비교해보았을 때 열처리를 한 구리는 가장 많이 사용되는 국제적인 표준이다. 자주 쓰이는 구리는 빌딩전선, 전동기전선, 케이블, 컴퓨터 전기모선에 전기적 용도로 쓰이는 Electrolytic-touch pitch(ETP) 구리(CW004A)이다. 이 구리는 IACS(국제 열처리구리 표준)의 101%의 전기전도성을 가지고 있다. 또 높은 전도성을 가진 구리를 용접이나 땜질에 이용할 때에는 무산소 고전도성 구리(CW008A 또는 ASTM designation C10100)을 사용할 수 있다. 그 구리의 납땜질이나 고정이 쉬운 특성 때문에 경량와이어에 가장 많이 사용된다.

[[은]]은 구리보다 전도성이 크지만 금전적인 이유 때문에 대부분 실용적으로 활용하지 못한다. 그러나 은은 특성화된 설비에 사용된다. 위성으로 쓰이거나 도금을 하여 표피효과를 완화시키는 용도로 쓰인다.

[[알루미늄]] 와이어는 구리 전도성의 61%를 가지고 있는데, 낮은 가격 때문에 빌딩와이어에 자주 쓴다. 질량에 비해 구리보다 더 높은 전도성을 가지는데, 알루미늄의 성질이 빌딩와이어로 쓰일 때 문제를 일으킨다. 알루미늄은 연결부위에 열을 일으키는 산화물을 형성한다. 또 열이 과부화 되면, 장치연결을 느슨하게 하면서 모양이 변형될 수 있다. 또 연결면의 다른 물질들과 다른 열팽창계수를 가지고 있어서, 연결을 느슨하게 하는데 가속을 가한다. 하지만 이런 효과들은 배선알루미늄 제품으로 사용이 승인된 장치를 사용하여 피할 수 있다.

파묻힌 케이블이나 가공인입선에 사용될 때 낮은 전압을 요구하는 알루미늄 도선은 연결부위에 열 발생을 막기 위해 호환가능한 연결체와의 설비를 필요로 한다. 알루미늄은 구조적 보강철과 결합하여 고전압 송전선에 쓰이는 가장 흔한 금속이다. 양극화된 알루미늄 표면은 전도적이지 않고 이 점은 외장장치 디자인이 전기적으로 연결되게 하면서 외장장치 디자인에 영향을 준다.

9개의 [[탄소]]와 18개의 수소원자로 이루어진 [[옥테인]] 같은 구조적 복합체는 전기적 성질을 띄지 못한다. 기름은 [[탄화수소]]이고, 탄소의 4원자결합을 가져서 전자쌍을 다른 수소 같은 원소들과 공유하면서, 전자를 잃거나 얻지 않게 되었고, 이온을 형성하지 않게 되었다. 전자쌍을 공유하는 결합은 단순히 전자를 공유하는 것이므로 전류가 흘러지나갔을 때 이온의 분리가 일어나지 않는다. 그러므로 오일이나 다른 유기적결합체 같은 액체는 전기적 성질을 띌수 없다.

순수한 물([[증류수]])는 전도체가 아닌 반면에, 소금 같은 전해질이 아주 조금이라도 첨가되면 즉시 전도체로 바뀐다.

== 같이 보기 ==
{{위키공용분류}}
* [[반도체]]
* [[전기 전도]]
* [[전기 저항]]

{{전거 통제}}

[[분류:전기 전도체| ]]
[[분류:전자기학]]
[[분류:전기공학]]
[[분류:물리학 개념]]