비저항 과 전기전도도 의 개념 (RESISTIVITY) (CONDUCTIVITY)

◈ 비저항 과 전기전도도 의 개념 (RESISTIVITY) (CONDUCTIVITY) ◈

1. 전기전도도 및 비저항의 일반개요

전기적인 전도도와 저항은 비교적 순도가 높은 물에 대한 패러미터로서 일반적으로 사용되

고 있다 전도는 로 표현되며 원수 및 일차 정제수의 수 . microsimens per centimeter(uS/cm) ,

질 측정에 사용된다 저항은 전도도의 역수이며 로 표현된다 물 속 . megohm-centimeters ( cm) . ㏁․

에서 무기염은 양이온과 음이온으로 구성되어 있으며 물 속 개의 전극에 전압을 가하면 전류 , 2

를 발생시킨다 이 때 물속에 이온이 많을수록 전류가 많아지며 따라서 전도도가 커지게 되고 . ,

반대로 저항은 작아지게 된다 이하의 전도도값은 . Conductivity values of less than 2 uS/cm

반드시 온라인으로 측정되어야 한다 그렇지 않으면 고순도의 물은 주위 환경으로부터 특히 . ,

이산화탄소와 같은 불순물을 급속도로 흡수하게 되어 결과적으로 전도도가 급속하게 올라가게

된다.

1.1 온도의 중요성

전도도와 저항은 온도에 영향을 받는다 에서 완전히 순수한 물은 수소 이온 과 수 . 25 (H+) ℃

산이온 의 존재 때문에 전도도 환산하면 의 저항을 가진다 수온 (OH-) 18.2 cm ( 0.055 uS/cm) . ㏁․

이 올라가면 전도도는 올라가고 저항은 떨어진다 이것은 정제된 물이 오염되어서 그런 , .

것이 아니다 수온이 올라가게 되면 일반적인 물의 전도도는 약 올라가고 반면 초 . 1 2% , ℃

순수의 경우에는 까지 올라간다 따라서 일반적으로 모든 전도도와 저항 값은 수온이 6% . 25

℃에서의 값으로 보정하여 나타낸다 이것은 정교한 전도도계일 경우에는 자동적으로 보정되 .

며 이것은 실제적인 모든 업무에서 필수불가결한 것이다 , . D/I(Deionized) Water 란 물리적

또는 화학적 메카니즘을 이용하여 수중에 존재하는 금속이온 및 비금속이온 등의 전해질을

제거한 물을 말하고 있으며 그러므로 미량 잔류된 전해질을 각 이온별로 으로 표기하기는 , ppm

어려움이 따르고 그 측정 오차 범위가 크다 따라서 의 순도 표기에 있어서 다음과 . , D/I Water

같은 두 가지의 단위가 적용된다.

1.2 (Resistivity, : /cm) 저항값 단위 메가오옴 ㏁

D/I Water에 특정한 간극을 유지하고 전류를 가하여 이때 발생되는 부도전율을 저항값( /cm ㏁

:) . 메가오옴 으로 표기함으로서 전해질의 제거 정도를 판단하는 방법이다

1.3 (Conductivity, : /cm) 전도도 단위 마이크로시멘스 ㎲

D/I Water에 특정한 간극을 유지하고 전류를 가하여 이때 발생되는 도전율을 전도도( /cm : ㎲

마이크로시멘스 로 표기함으로서 전해질의 함유 정도를 판단하는 방법이다 그러므로 저항 값 ) .

과 전도도는 서로 역수 관계가 성립되며 그 수치의 환산에 있어 다음과 같은 등식이 주어진다.

참고 :

1 /cm(1,000,000 /cm) = 1 /cm . ㏁ Ω㎲ 가 표준 환산 지표로 여기서 부터 역수 관계가 성립됨

전도도를 저항값으로 환산할 경우.표준저항값 전도도 저항값 (1,000,000 /cm) ÷ ( /cm) = ( /cm) Ω ㎲Ω

ex) 0.1 /cm , 전도도 일때 ㎲

1,000,000 /cm÷ 0.1 /cm = 10,000,000 /cm (10 /cm) Ω ㎲ Ω㏁

저항값을 전도도로 환산할 경우.

표준저항값 저항값 전도도 (1,000,000 /cm) ÷ ( /cm) = ( /cm) Ω Ω㎲

ex) 10 /cm (10,000,000 /cm) , 저항값 일때 ㏁ Ω

1,000,000 /cm ÷ 10,000,000 /cm = 0.1( /cm) Ω Ω㎲

※ ㏁ D/I Water 18.2 /cm 순도의 최대치는 저항값으로 정도이며 이를 전도도로 환산하면

0.055 /cm . D/I Water ㎲ 임을 참고하시기 바랍니다 따라서 의 사용 용도에 따라 적용되는 순

도가 다소차이가 있을 수 있습니다.

2. 측정원리

전기전도도는 용액이 전류를 운반할 수 있는 정도를 말하며 용액중의 이온세기를 신속하게 평 ,

가할 수 있는 항목으로서 전기저항의 역수 ohm-1 또는 로 나타내나 현재는 국제적으로 mho

S(Siemens) . 2 단위가 통용되고 있다 측정원리는 용액에 담겨있는 개의 전극에 일정한 전압을 가

해주면 가한 전압이 전류를 흐르게 하며 이때 흐르는 전류의 크기는 용액의 전도도에 의존한다 ,

는 사실을 이용한 것으로 어떤 전도체에 저항 은R

R( ) = ( · ) / A Ω ρℓ

과 같은 식으로 표시할 수 있는데 여기에서 는 저항도 이고 은 두 전극간의 거리 ρ Ω㎝ ℓ ( ·)

( ), A ( ) L ㎝ ㎠ 는 단면적 이므로 전기전도도 은

L = 1/R = (A / )· ℓ K

가 된다 여기에서 는 비전도도 이며 동일 측정계를 사용할 경우 셀의 규격 . K(= 1/ ) (mho. ) ρ ㎝

은 일정하므로 두 전극간의 거리와 단면적은 무시할 수 있다.

따라서 측정결과는 측정된 시료의 전기전도도 값 에 셀정수 (mho) (㎝-1)를 곱하여 시료의 전기

전도도값 으로 표시한다 그러나 현재는 국제단위계인 ( mhos/ ) . mS/m(millisimens/meter) μ ㎝

또한 단위로 측정결과를 표기하고 있으며 여기에서 μ ㎝S/ (microsimens/centimeter) mS/m =

10 S/ ( 10 mhos/ ) . ( 2%/ ) μ㎝ μ ㎝ ℃ 또는 이다 또한 전기전도도는 온도차에 의한 영향 약 이 크므

로 측정결과 값의 통일을 기하기 위하여 에서의 값으로 환산하여 기록한다 25 . ℃

Resistivity( cm) ㏁․ 0.1 1.0 10.0 15.0 18.2

Conductivity( / ) ㎲ ㎝ 10.0 1.0 0.1 0.067 0.0553. 기구 및 기기

3.1 전기전도도 측정계

지시부와 검출부로 구성되어 있으며 지시부는 교류위이트스토운전교 회로나 , (Wheatstonebridge)

연산증폭기회로 등으로 구성된 것을 사용하며 검출부는 한쌍의 고정된 전극 보통 백금 전극표면 , (

에 백금흑도금을 한 것 으로 된 전도도셀 등을 사용한다 전도도셀은 그 형태 위치 전극의 크 ) . ,,

기에 따라 각각 자체에 셀상수를 가지고 있으며 이 셀상수는 전도도 표준액 염화칼륨 용액 을 , ()

사용하여 정하거나 셀상수가 알려진 다른 전도도셀과 비교하여 정할 수 있으나 일반적으로 기기

제작사의 지침서 또는 설명서에 명시되어 있다 또한 전기도도 측정계는 에서의 자체온도 . 25℃

보상회로가 장치되어 있는 것이 사용하기에 편리하며 그렇지 않은 경우에는 온도에 따른 환산 ,

식을 사용하여 에서의 전도도값으로 환산해야 한다 전기전도도셀은 항상 수중에 잠긴 상 25 . ℃

태에서 보존하여야 하며 정기적으로 점검한 후 사용한다.

3.2 온도계

0.1 ( , ) ℃까지 측정가능한 것 다만 전기전도도 측정계로서 온도측정이 가능할 경우에는 필요 없음

4. 전도도셀의 보정 및 셀상수 측정방법

4.1 전도도표준액의 조제

가 염화칼륨 )

분말로된 염화칼륨 을 에서 시간 건조한 다음 데시케이터에서 방냉한다 (KCl) 105 2 . ℃

나 염화칼륨 용액 ) 0.01 M-

염화칼륨 을 의 물 이하 에 녹여 로 한다 이액의 0.7456 g 25 (2 S/ ) 1,000 . 25 ℃ μ㎝ ㎖

℃ μ㎝ 에서의 전기전도도 값은 이다 이 용액은 폴리에틸렌병 또는 경질유리병에서 1,409 S/ .

밀봉하여 보존한다.

다 염화칼륨 용액 ) 0.001 M-

0.01 M- 100 1,000 25 염화칼륨 용액 를 정확히 취하여 메스플라스크에 넣고 ㎖ ㎖

℃ μ㎝ ℃ 의 물 이하 을 넣어 눈금까지 채운다 이 액의 에서의 전기전도도값은 (2 S/ ) . 25 147

μ ㎝S/ . . 이다 이 용액은 폴리에틸렌병 또는 경질유리병에 밀봉하여 보존한다

4.2 셀상수의 측정 및 셀의 보정

셀을 물에 회 씻은다음 사용하고자 하는 염화칼륨용액 시료의 전도도가 낮을 경우 2~3 (

0.0001 M, 0.01 M) 2~3 높을경우 으로 회 싯어주고 염화칼륨용액에 셀을 잠기게 하여

온도를 로 맞춘 상태에서 전기전도도를 측정한다 계속하여 염화칼륨용액을 교환 25±0.5 . ℃

해 가면서 동일 온도에서 측정치 상호간의 편차가 이하가 될 때까지 반복측정을 하고 ±3 %

그 평균값을 취하여 다음식에 셀상수를 산출한다.C = (LKCl + LH2O) / Lx

여기에서

C : 셀상수

Lx : ( S) 측정한 전도도값 μ

LKCl : ( S/ ) 사용한 염화칼륨 표준액의 전도도값 μ ㎝

LH2O : ( S/ ) 염화칼륨용액을 조제할 때 사용한 물의 전도도값 μ ㎝

보통셀은 셀상수 의 것을 사용하면 대부분의 시료측정에 적합하나 특정 시료의 경우에 1~2

는 표 을 참조한다 1 .

표 셀상수와 측정범위 1.

또한 과 염화칼륨용액을 각각 사용하여 같은 방법으로 셀상수를 산출한 0.01 M 0.001 M -

결과 그 값이 이내로 들지 않을 경우에는 비고 에 따라 백금전극을 재도금하여 ±1 % [ 1]

사용한다.

5. 시료의 전기전도도 측정

전기전도도 측정계에 전원을 넣고 시료를 사용하여 셀을 회 씻어준 다음 시료 중에 셀을 2~3

잠기게 하여 를 유지한 상태에서 와 같은 방법으로 반복측정 하고 그 평균값을 25±0.5 3.2 ℃

취하여 다음 식에 따라 시료의 전기전도도 값을 산출한다.

L = C × Lx

여기에서

L : 25 ( S/ ) ℃ μ㎝ 에서의 시료의 전기전도도값

C : (㎝ 셀상수 -1)

Lx : ( S) 측정한 전기전도도값 μ

다만 전기전도도 측정계에 자체온도 보상회로와 셀상수 자동설정회로가 내장된 경우에는 제 작 ,

사의 지침에 따라 온도계수 와 셀정수를 설정해준 다음 시료의 전기전도도 값을 측 정 (25 ) ℃

하고 측정계의 지시부에 나타난 값을 직접 측정결과로 기록 한다.

전도도, 비저항, 고형분과의 관계 

전기전도도는 보통 ㎲/㎝를 사용하기도 한다. 1 ㎲/㎝ at 25˚C는 약 0.5 ppm as CaCO₃에 상당한다.