고온 융체의 전기전도도 측정방법
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고온에서 용융된 유리의 전기 전도도를 측정해보자. 유리의 전기 전도도는 유리의 물성 연구와 유리 제조 공정에서 공정 조건을 조절하기 위하여 중요하게 사용되는 용융물의 물리적 성질이다. 그러나 고온의 용융물은 수용액에서 사용하는 전도도 셀을 사용할 수 없기 때문에 고온의 전도도를 직접 측정할 수 있는 백금 도가니와 막대로 구성된 전도도 셀을 구성하고 유리 용융액의 전도도를 측정한다. 전도도 셀의 상수를 구하기 위하여 융융 유리와 전도도가 유사하도록 KCl 수용액을 사용한다. 교류 1 ㎑의 사인파 발생기와 연산증폭기로 구성된 회로를 사용하고 용액의 전도도에 따른 출력 전위를 측정하여 전기 전도도와 셀 상수를 구하였으며, 고온에서 사용하기에 적합한 전도도 셀 형태를 결정한다. 측정하는 Cell의 크기와 용기의 크기, Cell이 들어가는 깊이, 전극의 형태를 달리하여 측정한 결과를 비교한다. 시험 측정한 붕규산염 유리의 고온 용융물의 전기 전도도는 1,450℃에서 0.053Ω^(-1)㎝^(-1)이다.
1. 측정원리
전기전도도는 용액이 전류를 운반할 수 있는 정도를 말하며, 용액중의 이온세기를 신속하게 평가할 수 있는 항목으로서 전기저항의 역수 ohm-1 또는 mho로 나타내나 현재는 국제적으로 S(Siemens) 단위가 통용되고 있다.
측정원리는 용액에 담겨있는 2개의 전극에 일정한 전압을 가해주면 가한 전압이 전류를 흐르게 하며, 이때 흐르는 전류의 크기는 용액의 전도도에 의존한다는 사실을 이용한 것으로 어떤 전도체에 저항 R은
R(Ω) = (ρ · ℓ) / A
과 같은 식으로 표시할 수 있는데 여기에서 ρ는 저항도(Ω·㎝)이고 ℓ은 두 전극간의 거리(㎝), A는 단면적(㎠)이므로 전기전도도 L은
L = 1/R = (A / ℓ)·K
가 된다. 여기에서 K(= 1/ρ)는 비전도도(mho.㎝)이며 동일 측정계를 사용할 경우 셀의 규격은 일정하므로 두 전극간의 거리와 단면적은 무시할 수 있다.
따라서 측정결과는 측정된 시료의 전기전도도 값(mho)에 셀정수(㎝-1)를 곱하여 시료의 전기전도도값(μmhos/㎝)으로 표시한다. 그러나 현재는 국제단위계인 mS/m(millisimens/meter) 또한 μS/㎝(microsimens/centimeter) 단위로 측정결과를 표기하고 있으며, 여기에서 mS/m = 10 μS/㎝(또는 10μmhos/㎝)이다. 또한 전기전도도는 온도차에 의한 영향(약 2%/℃)이 크므로 측정결과값의 통일을 기하기 위하여 25 ℃에서의 값으로 환산하여 기록한다