전기전도도 측정

목차

1. 전도도(Conductivity)의 개요

2. 전도도(Conductivity)의 종류

3. 전도도(Conductivity)의 장치구조 및 설명
- (특징, 적용분야 포함)

4. 전도도(Conductivity)의 측정법
(1) 측정방법
(2) 유의사항
(3) 실험이론

5. 고찰 및 결론

본문내용

문에 전자는 전도대로 여기 되지 못한다. 따라서 절연체가 되는 것이다. 에너지대 간격이 Eg > 2eV 인 것을 절연체로 분류한다.
③ 반도체(Semiconductor)
- 그림15-9는 실리콘의 에너지대 구조이다. 이것은 반도체의 대표적인 에너지대 구조라고 볼 수 있는데, 앞에서 설명한 절연체와 그 구조가 유사함을 알 수 있다. 하지만 가장 큰 차이는 실리콘이 더 작은 에너지대 간격(앞의 그림의 Eg=~6eV인데 비해 실리콘의 Eg=1.107eV, 일반적으로 반도체는 2eV보다 작다)을 가지는 것이다. 그 결과 상온(298K)에서의 열적 에너지는 작은 수이나 그래도 상당한 수의 전자를 가전자대에서 전도대로 여기 시키게된다. 결과적으로 전도전자와 같은 수의 정공이 가전자대에 형성된다. 이러한 정공은 양전하 운반자이다. 적정한 수의(+),(-) 전하운반자의 존재 때문에 실리콘은 금속과 절연체의 전기전도도의 중간값을 갖게된다.
3. 전도도(Conductivity)의 장치구조 및 설명
모델 명
YSI 3200
모델명 : YSI 3200
측정항목
전도도, 온도, 염도, 총용존고형물, 저항
측정범위
0㎲~500mS/cm, -5~100℃, 0~80ppt, 0~19,999mg/L, 0~29.9M
정 확 도
±1.0%, ±0.1℃, ±0.1ppt, ±0.50%, ±1%
분 해 능
0.01mS/cm, 0.01℃, 0.1ppt, 1mg/L, 0.1㏁
특 징
-정확도가 높은 Resistance Ration 기술을 이용한다.-온도센서가 내장된 전도도셀을 이용하여 전도도를 측정할 수가 있다.-선형 및 비선형 온도 보상이 가능하다.-증류수나 초순수 같은 샘플에도 측정이 가능하다
적용분야
-실험실용으로 사용
-상하수도, 폐수, 오수, 정수 처리장, 실험실등에서 사용.
4. 전도도(Conductivity)의 측정법
(1) 측정방법
- 전도도 측정기를 이용하여 전해액에 전압을 걸때에 반대의 전하를 띄는 방향으로 이동하게 되면 전도도는 저항에 반비례 하므로 오옴의 법칙에 의해 이때의 저항값을 측정하여 전도도를 구할 수 있게 됩니다.
※전해액
- 전해질이 녹아있는 액체 전해질 : 물 등의 극성용매에서 이온화되어 전기전도를 하는 물질
(2) 유의사항
① 보다 정확한 전도도 측정값을 얻기 위해서는 시료액에 특정한 문제가 없는지를 확인해야 합니다. 만약 필요하다면, 시료액 속의 입자를 걸러내거나 미립자를 침전시켜야 합니다.
② 측정 중 셀에 공기 거품이 발생하지 않도록 주의해 주시기 바랍니다.
③ 셀의 표면이 측정 시료액 완벽하게 담궈졌는지 확인해야 합니다.
④ 셀을 시료액이 담긴 비이커 또는 기타 용기의 바닥까지 담궈서는 안됩니다. 용기의 바닥에는 침전층이 남아 있을 수 있기 때문입니다.
⑤ 측정 후에는 셀의 표면을 증류수로 깨끗하게 닦아내줘야 합니다. 단기간의 보관을 위해서는 증류수를 이용하여 세척하는 것이 더욱 효과적입니다.
⑥ 젖은 상태로 전도도 셀을 보관 하는 것이 중요한 요인은 아니지만 만약 전도도 셀을 완전히 마른 상태로 보관을 한다면 안정성에 있어서 약간의 문제가 발생할 수도 있습니다.
⑦ 셀 표면 또는 셀 주위에 침전물이나 마른 소금 또는 특정문제가 없는지 항상 확인이 필요합니다. 이들은 용액에서 전도도의 값에 영향을 미치기 때문입니다.
⑧ 유리 전극형태의 셀은 솔벤트 그리고 강한 산이나 알카리 용액에 사용이 됩니다.
⑨ 25°C의 온도에서 셀을 교정 하는 것이 표준입니다.
(3) 실험이론
- 전해질 수용액에 전도도에 영향을 주는 인자
농도, 해리도, 전해질의 평균 활동계수,이온의 성질, 온도
- 전도도는 비전도도(L)와 당량전도도(∧)로 나타낸다.
- 농도 영으로 외연장하면 소위 무한 묽힘에서의 당량전도도를 상당히 정확하게 얻을 수 있다.
5. 고찰 및 결론
(1) 고찰
☞ 구리(Copper)와 은도금한 시편의 그래프를 보면 온도가 증가함에 따라, 비저항이 증가한다.
즉, 온도가 올라감에 따라 저항이 증가하여 전기가 잘 통하지 않게 된다는 뜻이다. 금속은 온도가 올라갈수록 금속의 원자의 산란으로 인해 자유전자들의 이동이 방해를 받아 전기가 잘 통하지 않게 된다는 이론적 배경을 실험적으로 확인 할 수 있었다. 구리가 은도금보다 비저항증가율이 빠른데, 이는 금속마다 고유적인 물성에 기인한 것 같다. 금속의 고유 물성 때문에 금속마다 전기전도도 값이 다르고 온도증가에 따른 비저항 증가율도 다르다.
그러나 n-type 실리콘 웨이퍼의 경우, 온도가 증가할수록 전기가 잘 통해야하는데(비저항이 감소해야하는데) 실험적 결과는 금속의 경우와 같이 온도가 증가할수록 비저항이 증가하는 것으로 나왔다. 이론적 배경과 다른 실험 결과가 관찰 됐는데 이는 실리콘 웨이퍼에 불순물이 도핑되 있거나 미세먼지, 공기중의 불순물로 인한 결함으로 보인다.
(2) 결론
- 금속은 열을 가하면 가할수록(온도가 올라가면) 격자산란이 발생하여 전자의 이동을 방해하게 됨으로써 비저항이 증가하여 전기가 잘 통하지 않게 되며, 불순물을 첨가할 경우에도 불순물 원자들에 의한 산란 증가로 인해 전기가 잘 통하지 않게 된다.
반도체의 경우에는 부도체보다 낮은 에너지 밴드 갭(2eV미만)을 가지고 있으므로 열을 가하면 (즉, 열적 여기가 이루어지면) 많은 전자가 가전자 대역에서 전도대역으로 여기되어 전기가 잘 통하게 된다. 또한, 반도체에 불순물을 첨가하면 불순물로 인한 홀/전자 가 추가되 전자가 여기되기 수월해져서 전기가 잘 통하게 된다.
6. 실습사진
<전도도측정기 정면 사진> <측정 용액>
<전도도셀>
-간략한 느낌-
(Conductivity meter)를 다뤄 보면서 다른 장치들도 마찬가지지만 사용설명서와 학생들의 설명가지고는 충분하지 않았던 것 같습니다. 간단하다고만 생각했지만 장치를 만드는데에도 많은 시간과 노력이 필요한 만큼 장치를 작동하는데에도 보기보다 많은 지식이 필요 하다고 느꼈습니다. 저희B조는 장치에대해 다 알지 못했다고 생각합니다. 해봤던 기능말고도 해보지 못한 기능들에 대해 더 깊게 해보지 못한 것이 아쉽습니다.
이상으로 B조 전도도(Conductivity meter) 측정 실험 보고서를 완성하였습니다.

키워드

전기,   전기전도도,   전도도,   전도도측정