절연

절연(insulation)은 도체와 부도체를 이용하여 전류나 열을 차단하는 것을 말한다. 이 때 쓰이는 부도체를 절연체라고도 부른댜. 절연의 반대말은 비절연이다. 휴대폰 기기 전체를 금속 메탈로 만들 경우 전파 통신에 큰 문제가 생길 수 있기 때문에 띠로 처리하는데, 그 띠를 절연띠라고 한다. 분야에 따라, insulation이라고 하기도 하고 isolation이라고 하기도 한다.

상세

절연은 세부적으로, 단열(Thermal insulation)이란 물체 사이의 열의 이동을 막는 것을 뜻한다. 열은 대류, 전도, 그리고 복사 때문에 전달이 되는데 단열을 함으로써 온도를 일정하게 유지할 수 있다. 일상생활에서 단열재를 이용하여 단열하는 예를 많이 볼 수 있는데 그중 하나가 보온병이다. 보온병의 벽은 유리 또는 플라스틱의 이중벽으로 구성되어 있는데, 이중벽의 내부가 진공인 상태이기 때문에 전도와 대류 현상을 차단해 열의 전달을 막는다. 또한, 벽의 안쪽과 바깥쪽이 은으로 도금되어 있어서 복사열이 바깥으로 빠져나가지 않고 반사된다. 이러한 원리를 통해 보온병은 열의 손실을 방지함으로써 보온병 속 물질의 온도를 일정하게 유지한다.

전기 절연(Electric insulation)이란 전기를 통하지 않게 하는 것이고, 전기적 절연체 또는 부도체(Insulator)를 유전체(Dielectric)이라고 부른다. 이 유전체에는 자유전하가 거의 없고 속박전하만 존재하는데, 예로 플라스틱, 고무, 유리, 세라믹 등이 있다. 그중 예로서 그림 2는 세라믹 절연체를 보여준다. 이 절연 재료들은 크게 3가지 특성 – 전기적 특성, 기계적 특성, 열적 특성을 갖는다.

전기적 특성 중 하나인 절연 내력(Insulation strength)이란 유전체가 절연파괴 현상 없이 견딜 수 있는 최대 전기장의 세기를 의미한다. 여기서 절연파괴란 임계값 이상의 전압을 가하게 되면 갑작스럽게 큰 전류가 유전체를 통해 흐르게 되면서 유전체가 결국 손상을 입게 되는 현상을 말하고, 이 임계값을 절연파괴 전압(Breakdown voltage)이라고 한다. 예를 들어 공기의 절연파괴전압은 DC 30kV/cm, 21kV/cm이다.

열적 특성 중 하나인 내열성은 물질이 영구적인 변화 없이 고온을 견딜 수 있는 성질이다. 이 내열성에 따라 기기의 절연을 분류한 것을 절연 종별이라고 하는데, 이에 따라 이 기기의 사용온도 한계가 정해지게 된다.

참고자료

• 〈절연〉, 《물리학백과》
• 〈절연〉, 《나무위키》

같이 보기

• 도체
• 부도체
• 절연체
• 절연띠

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