전선의 저항은 왜 온도가 올라가면 커지나요?

Question

물리 시간에 금속의 전기저항이 온도에 따라 변한다고 배우는데, 왜 온도가 올라가면 저항이 커지는 건지 전자의 움직임 관점에서 원리가 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.

금속 전선에서 온도가 올라가면 원자들이 제자리에서 더 심하게 진동을 합니다.

전류는 자유전자가 금속 내부를 이동하면서 흐르는 것입니다. 원자 진동이 커지면 전자가 지나가다가 더 자주 부딪히게 됩니다. 이런 충돌이 많아질수록 전자가 이동하는 것을 방해받고, 그 결과로 전기 저항이 커지는 것입니다. 통로를 지나가는데, 주변 사람들이 엄청 빠르게 흔들리고 움직인다면, 지나가기 어려워 지는 것과 비슷합니다.

구리나 알루미늄 같은 금속 전선은 대체로 온도가 올라갈수록 이런 산란이 증가하기 때문에, 전선에 큰 전류가 흐르면 열이 나면서, 그 열이 다시 저항을 키워 발열이 더욱 커질 수 있기 때문에 안전 설계가 매우 중요하다 볼 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

금속 전선의 온도가 올라가면 원자들이 더 강하게 진동하게 되어 그 사이를 이동하는 자유전자들이 원자와 더 자주 충돌하게 됩니다 이 충돌이 전자의 흐름을 방해하여 전류가 흐르기 어려워지므로 전기저항이 커집니다 그래서 같은 전압을 걸어도 흐르는 전류가 감소하며 대부분의 금속은 온도가 높을수록 저항이 증가하는 특성이 나타나게 되는 겁니다

Answer 3

안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.

금속 내부에서는 자유전자가 전위 차이에 의해서 이동합니다. 그러면서 전류가 흐르는데 온도가 올라가면 금속의 원자 진동이 훨씬 격렬해지죠. 이때 활발해진 원자 진동 때문에 이동하던 전자가 원자핵 주변에 양 이온과 충돌합니다. 그러면 전자가 원자들과 더 자주 부딪히다 보니까 전자의 흐름이 방해를 받게 되죠. 결국에는 이 충돌 횟수의 증가가 전기 저항이 커지는 원인이 됩니다. 쉽게 말해보면 사람들이 빽빽하게 차있는 공간에서 원자들이 격렬하게 춤을 추고 있어서 전자가 요리조리 피하면서 통과하기가 힘들어진다고 이해할 수도 있겠습니다. 그래서 온도가 상승하면 금속 내부에 전도율은 떨어집니다. 그리고 반대로 저항값은 점점 늘어나게 되는 겁니다.

Answer 4

안녕하세요. 설효훈 전문가입니다. 금속의 온도가 올라가면 그 안에 있는 원자들의 움직이이 많아지면서 전기의 전자의 움직임을 방해합니다. 그럼 전자의 저항이 올라가는것입니다. 온도가 올라가면 원자들의 에너지를 받아서 움직임이 많아지고 그로인해서 전자가 이동하지 못하게 되고 그럼 금속의 저항이 높아지게 되는 것입니다.