학문
영악한딩고41
금속은 왜 전기가 잘 통하고 고무는 전기가 잘 통하지 않을까요?
전선을 살펴보면 안쪽에는 구리 같은 금속이 있고 바깥쪽은 고무나 플라스틱으로 감싸져 있습니다. 하나는 전기를 전달하고 다른 하나는 전기를 차단하는 역할을 하는데요.
물질마다 전기를 전달하는 능력이 크게 다른 이유는 무엇일까요?
7개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
금속 원자는 가장 바깥쪽 전자를 붙잡는 힘이 약해서, 이 전자들이 특정 원자에 묶이지 않고 금속 전체를 자유롭게 돌아다녀요. 이런 전자를 자유전자라고 불러요. 구리 1cm³ 안에는 자유전자가 약 8×10의 22제곱 개나 들어 있어서, 전선 양 끝에 전압을 걸면 이 전자들이 한쪽으로 밀리며 전류가 흘러요.
고무나 플라스틱은 탄소와 수소 같은 원자들이 전자를 서로 나눠 가지는 공유결합으로 이어져 있어요. 전자가 원자 사이의 결합에 단단히 붙잡혀 있어서 웬만한 전압으로는 떼어내 움직이게 만들 수 없어요. 움직일 수 있는 전하가 거의 없으니 전류도 흐르지 않죠.
전자가 결합에서 풀려나 자유롭게 움직이려면 일정한 에너지 문턱을 넘어야 해요. 금속은 이 문턱이 사실상 없고 고무는 매우 높아요. 그 중간에 있는 실리콘 같은 물질이 반도체인데, 온도나 불순물로 문턱을 넘는 전자 수를 조절할 수 있어서 전자 기기의 재료로 쓰여요 :)
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채택된 답변안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
구리 같은 금속이 전기를 아주 잘 통하는 이유는 내부의 자유전자가 아주 많기 때문입니다. 왜냐하면은 금속의 원자들은 전자들을 꽉 붙잡고 있지 않고 바깥으로 자유롭게 풀어 놓습니다. 그래서 전기가 흐르도록 전압을 걸어 주면은 이 자유 전자들이 일제히 한쪽으로 밀려가면서 전류를 확 통하게 하는 거죠.
반면에 고무나 플라스틱 같은 절연체들은 전자들이 원자핵에 꽁꽁 묶여 있어서 움직이지 못합니다. 그러다 보니까 전기가 들어와도 전자를 옮겨 줄 이동 수단이 아예 없는 거죠. 그래서 전선 속에 구리로 전기를 시원하게 보내고 겉은 고무로 안전하게 감싸서 우리가 편히 쓸 수 있는 케이블로 만드는 겁니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
물질마다 전기를 통과시키는 능력이 다른 이유는 원자 구조 속 자유전자의 존재 여부와 이동성 때문입니다 구리 같은 금속은 원자핵과 전자의 결속력이 약해 자유전자가 풍부하므로 전자가 이동하며 전류를 쉽게 전달합니다 반면 고무나 플라스틱은 전자가 원자에 단단히 묶여 있어 자유전자가 거의 없는 부도체입니다. 이 때문에 외부에서 전압을 가해도 전하가 이동하지 못해 전기가 통하지 않고 차단됩니다 이러한 원리 덕분에 전선 내부는 구리로 전기를 원활히 흐르게 하고 밖은 고무로 감싸 안전하게 보호할 수 있습니다
안녕하세요.
금속은 원자 바깥쪽의 전자가 비교적 자유롭게 움직일 수 있어 전압을 걸면 전류가 쉽게 흘러요. 반면 고무나 플라스틱은 전자가 원자에 강하게 묶여 있어 자유롭게 이동하기 어렵죠.
그래서 구리는 전선을 통해 전기를 전달하고, 고무는 전선 바깥에서 전류가 새어 나가는 것을 막아줘요. 이 차이는 물질 내부의 전자 구조와 전자가 이동할 수 있는 에너지 상태가 다르기 때문에 생겨요.
전기가 잘 통하는지는 물질 안에 자유롭게 움직일 수 있는 전하가 얼마나 있는지가 중요한 기준이에요.
감사합니다.
안녕하세요. 박재화 전문가입니다.
금속은 전자가 비교적 자유롭게 움직일 수 있어서 전압을 걸면 전자들이 이동하며 전류가 흐릅니다.
구리처럼 전기가 잘 통하는 금속들은 이런 자유전자들이 많고 이동도도 높아서 전선의 도체로 주로 많이 활용됩니다. 반면 고무나 플라스틱은 전자들이 원자나 분자에 강하게 묶여 있어 쉽게 움직이지 못하게 됩니다.
그래서 같은 전압을 걸어도 전류가 거의 흐르지 않아 절연체 역할을 하게 되는 것입니다.
쉽게 말해서 금속은 전자가 움직일 길이 열려 있고, 고무는 그 길이 막혀 있다고 생각하시면 되겠습니다.
안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
금속이 전기를 잘 통하는 이유는 원자핵에 묶이지 않고 자유롭게 돌아다니는 자유전자가 풍부하기 때문입니다.
고무가 전기를 통하지 않는 이유는 전자가 원자 사이의 결합에 단단히 묶여있어 움직일 수 있는 전하가 거의 없기 때문이랍니다.