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도선
도선(Electric wire, Chord)은 전류가 흐를 수 있도록 도체를 길고 가는 선으로 만든 것을 말한다. 전선(電線)이라고도 부른다.
원리
많은 금속들은 낮은 전기 저항과 함께 좋은 가공성을 가지고 있다. 도선의 재료로 쓰이는 대표적인 금속인 구리의 경우, 전도띠가 반만 차있기 때문에 많은 자유전자가 전하 나르개(charge carrier)로 작용할 수 있다. 따라서 금속 내에서 전압 차이가 나면 전자가 그 차이에 따라 흐르게 되어 전류가 흐른다. 원자들이 규칙적으로 정렬해 있을 경우 양자역학적으로 전도띠 전자의 파동함수가 자유전자처럼 되기 때문에 저항이 대단히 낮아진다. 구리의 비저항은 상온에서 16.78 nΩm 로 대단히 낮다.
도선의 재료
도선의 재료로서 가장 많이 쓰이는 것은 구리이고 다음은 알루미늄이다. 금과 은도 간혹 쓰인다. 구리는 은을 제외하면 가장 전기 전도성이 좋으며 가공하기 좋고 가격도 저렴하기 때문에 가장 많이 쓰인다. 또한 구리는 열전도성이 좋아 전류가 흐를 때 생기는 열을 쉽게 배출할 수 있다. 알루미늄은 전도성도 좋으며 구리보다 가볍지만 강하지 않아서 철선과 함께 사용하기도 한다. 은은 구리보다 전도성이 6% 정도 좋지만 높은 가격으로 인해 고가의 장비에만 쓰인다. 금은 가격이 비싸지만 부식이나 산화가 되지 않기 때문에 부식되기 쉬운 환경인 곳에 특수하게 쓰인다.
전선의 주재료인 구리도 가공이나 도금 등으로 각각의 용도에 따라 다양하게 이용된다. 구리 원석을 정제하면 단단한 구리(경동 硬銅)가 만들어지는데, 이를 다시 담금질하면 보다 연한 구리(연동 軟銅)가 만들어진다. 연동선은 경동선에 비해 전기 저항이 낮고 유연성이 좋아 실내나 여러 전기제품의 선 등으로 널리 이용되며, 경동선은 인장 강도가 좋아 실외의 배전선 등에 이용된다. 주석 도금을 한 연동선은 동이 산화되는 것을 방지하고 납땜을 용이하게 하기 때문에 널리 이용된다. 니켈 도금 연동성은 니켈이 강해서 표면에 흠이 나는 것을 방지한다. 동복강선은 철로 된 강선 주위에 구리를 피복한 것으로 인장 강도가 강할 필요가 있는 곳에 이용된다. 무산소동은 구리에 산소 함량을 적게 만들어 전도도를 향상시킨 것으로 고성능이 필요한 기기 등에 이용된다.
도선의 종류
도선을 피복의 유무로 나누면 맨 전선과 절연 전선으로 나눌 수 있다. 맨 전선은 감전이나 누전의 위험이 있으나 전선의 어느 곳에서도 쉽게 전력을 꺼낼 수 있다는 장점이 있다. 대표적인 것으로는 송전선이 있으며 송전선은 무게가 가벼운 알루미늄에 철심을 같이 엮어 무게를 줄이면서 인장력을 강화시킨다. 열차 등에 전력을 공급하는 전차선도 맨 전선이다. 이런 전선들은 사람이 접촉하기 힘든 높은 곳에 위치한다.
절연 전선은 피복을 입힌 도선이다. 피복의 종류로는 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌 수지(PE), 폴리프로필렌 수지(PP), 폴리우레탄 수지(PU), 불소수지 등이 있다. 폴리염화비닐은 가정용, 저압선 등에 쓰이고 고압 배전선에는 폴리에틸렌 수지 등이 쓰인다.
전선을 내부 모양으로 나누면 단선과 연선으로 나눌 수 있다. 단선은 내부가 한 개의 선으로 이루어진 것이고 연선은 내부에 여러 선이 있는 것으로 주로 꼬아져 있다. 여러 전선들을 묶음으로 만들어 피복한 것은 흔히 케이블이라고 부른다. 케이블은 내부에 여러 종류의 선들이 들어갈 수 있고 내구성이 좋아 여러가지 용도로 쓰인다. TV 등에 쓰이는 동축 케이블, 컴퓨터 등에 쓰이는 평판형 도체를 나란히 피복한 평면 케이블은 주 용도가 전력을 공급하는 것이 아닌 전기 신호를 전달하는 용도로 쓰인다.
참고자료
- 〈도선〉, 《물리학백과》
같이 보기
