재료의 특성에 대해 알아보자.

재료의 많은 특성 중 열적 특성에 대해 이야기해 보겠다.

 

열적 특성 

온도가 변하면 대부분 나빠지지만 재료의 특성이 바뀐다. 열을 지속적으로 가하면 크립이 시작되고, 강도가 떨어지고, 산화나 퇴화 또는 분해가 일어난다. 이 현상은 특정 온도 이상에서는 재료가 이용될 수 없는 한계가 있고 그것을 최대사용온도라 말한다. 

스테인레스강은 최대사용온도가 높아서 800도 이상에서도 사용이 가능하고 대부분의 고분자는 최대사용온도가 낮아서 150도 이상에서 대부분 사용할 수 없다.

 

열로 철을 용접

재료가 열을 가했을 때, 대부분의 재료는 그 재료가 가진 열팽창계수에 의존하여 다르게 팽창한다. 팽창이 작아도 그 결과는 달라질 수 있다. 금속과 같은 몇몇 재료들은 차갑게 느껴지고, 나무와 같은 재료들은 따뜻하게 느껴진다. 이런 느낌은 재료가 가진 열전도성과 열용량이라는 특성 때문에 생겨난다. 열전도성은 재료의 한쪽 부분의 열이 재료를 통하여 반대쪽 부분으로 가는 속도로 측정한다. 높은 열전도성을 가진 재료는 프라이팬, 라디에이터와 같이 열을 잘 통과시키고 싶은 곳에 사용을 한다. 하지만 열전도성이 낮은 재료는 집의 단열재로 사용되고, 냉장고와 냉동고의 에너지 소비를 줄여주고, 지구대기에 대항하여 우주선이 다시 돌아올 수 있게 해 준다.

 

 

이러한 응용품들은 오랜 시간 동안 꾸준히 열을 가해준다면, 한계시간이 지났을 때 열용량문제를 만나게 된다. 열용량은 재료의 주어진 열량에 대비하여 재료의 온도가 올라간 정도를 이용하여 측정한다. 구리와 같이 열용량이 높은 재료는 재료의 온도를 바꾸기 위하여 많은 열이 필요하다. 반면에 고분자와 같이 열용량이 낮은 재료는 열이 훨씬 적게 필요하다.

 

지속적인 열공급은 열전도성과 관련이 있다. 처음 열이 가해졌을 때 무슨 일이 일어나는 가를 설명하는 것에는 더 미묘한 특성이 가한다고 생각해 보자. 점화 직후에는 아이스크림의 아랫부분은 뜨겁지만, 나머지 부분은 여전히 차다. 시간이 지나면, 중간부분도 점점 뜨거워지지만, 나머지는 여전히 차다. 윗부분이 뜨거워지기 시작하고, 아이스크림이 녹기 시작한다. 얼마나 오랜 시간이 걸리는 것일까? 주어진 판재의 두께에서 시간은 판재의 열확산성에 반비례한다. 재료들이 각각 다른 열용량을 가지고 있기 때문에 각각의 재료들은 다른 열전도성을 갖는다. 

 

 

마지막으로 재료 특성에서 전기적, 자기적, 광학적 특성에 대해 알아보겠다.

 

기계를 다루는 모습

전기적, 자기적, 광학적 특성

 

전기적 전도체가 없이는 우리는 오늘날 우리에게 주어진 빛, 열, 파워 등을 사용하는데 부족함이 있을 것이다. 구리나 알루미늄과 같은 금속 재료들은 매우 뛰어난 전도체이다. 하지만 전도체가 항상 좋은 것만은 아니다. 퓨즈상자, 스위치 케이스, 현탁액의 통과 라인은 모두 절연체가 사용된다. 게다가 그것들은 약간의 하중을 견디고 열과 스파크에 잘 견뎌야 한다. 여기에서 사용되는 특성은 전 저전도성에 반대되는 전기저항이다. 전기저항이 높은 플라스틱이나 유리는 특별한 처리를 통하여 전도가 약간 되게 할 수 있지만, 대부분은 절연체로서 사용된다.

레이돔으로 사용되는 마이크로파의 복사를 통과할 수 있는 능력, 보트의 수동 반사경으로 사용되는 마이크로파의 복사를 반사할 수 있는 능력이 그것이다. 두 가지 모두 전기적 특성인 유전율과 관련이 있다. 유전율이 높은 재료는 전기장에 반응하여 전자가 이동하여 분자가 재배열된다. 반면에 유전율이 낮은 재료는 전기장에 반응하지 않는다. 

 

전기와 자기는 밀접한 관계를 가지고 있다. 전기전도는 자기장을 생성한다. 전도체의 주변에서 자기장의 이동은 전기전도를 발생시킨다. 자기장에 대한 대부분의 재료들의 반응은 너무 작아서 실용적이지 못하다. 하지만, 강자성체와 페리자성체라 불리는 몇몇 재료들은 영구적인 자기장을 가지고 있다. 이것들은 한번 생성된 자기장을 없애기 어렵기 때문에 '강한' 자성체라고 한다. 영구적인 자성체로서 헤드폰, 모터, 발전기 등에 사용된다. 여기서 중요한 특성은 재료 내부에 가지고 있는 자기장의 세기를 측정한 잔류자기이다. 몇몇  '약한' 자성체는 쉽게 자기장을 생성시키고 없앨 수 있다. 약한 자성체는 변압기의 코어와 TV관의 편향 코일의 재료로 사용된다.

재료는 전자기장인 빛에 전기와 자기장만큼 반응을 잘한다. 불투명한 재료는 빛을 반사하고, 투명한 재료는 빛을 굴절한다.