개념 한 쪽
구리는 전기와 열을 잘 전달하는 비철금속으로 전선이나 전기 설비에 널리 쓰인다. 다양한 원소를 첨가하여 만든 동합금은 성분에 따라 내식성, 내마모성, 저팽창성 등 서로 다른 특성을 보여 용도에 맞춰 선택해야 한다.
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출제기준 단원 「구리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 복합 조건 합금 선택 | 1 | 고탄성·내식성·내마모성 요구에 맞는 구리합금 식별 |
| 저항선용 합금 특성 | 1 | 전기 저항이 크고 온도계수가 작은 니켈-구리 합금 식별 |
| 금속 특성 비교 판단 | 1 | 알루미늄과 구리의 전기 전도성 비교에서 틀린 서술 가리기 |
구리는 전기 전도율이 은 다음으로 높아 전기 배선과 전기 설비에 주로 쓰이는 금속이라는 사실을 재료 특성으로 이해한다. 구리는 연성이 좋아 가공이 쉬우나 기계적 강도는 낮아 구조용이나 주축처럼 고강도가 요구되는 부재에는 적합하지 않다는 점을 구분한다.
동합금은 주성분과 첨가원소에 따라 명칭과 성질이 달라진다. 예컨대 인청동은 구리에 인을 첨가한 합금으로 강도와 탄성이 높아 고탄성이 요구되는 판·선 가공재 및 펌프나 선박용 부품에 쓰이는 합금이라는 점을 기억한다. 포금은 구리-주석-아연 계열의 합금으로 표준 조성에서 주석 10%, 아연 2% 등이 포함되어 내마모성과 주조성이 확보되는 합금이라는 정보를 기준으로 하여 합금 조성과 용도를 연결한다.
니켈-구리계 합금 중에는 전기 저항이 크고 온도에 따른 저항 변화가 작은 특성을 가진 합금이 존재한다는 점을 이해한다. 이러한 합금은 전기 저항선이나 열전대로 쓰이는 용도가 있음을 알고, 각 합금의 대표적 용도를 통해 선지를 소거하는 접근을 익힌다.
알루미늄에 대한 비교 지식도 유의하여 학습한다. 알루미늄은 비중이 작고 전연성이 좋아 가벼운 구조에 유리하나 전기 전도도는 구리보다 낮아 전도도 비교 시 주의해야 한다는 점을 대비하여 기억한다.
문제 유형 예시는 합금 성분과 용도 매칭 문제이다. 예를 들어 '고탄성·내식성·내마모성이 요구되고 선박·펌프 부품에 쓰이는 합금'이라는 복합 조건이 주어지면 인청동을 선택해야 한다는 논리를 적용한다. 또 '전기 저항이 크고 온도계수가 작아 저항선에 적합한 니켈-구리계 합금'이라는 설명이면 콘스탄탄을 연결하는 방식으로 정답을 찾는다. 알루미늄의 특성 문제가 나오면 알루미늄이 구리보다 전기 전도도가 낮다는 비교 문장을 확인하여 오답을 걸러내는 방식을 사용한다.
고탄성이 요구되는 판, 선 등의 가공재료로 쓰이며, 내식성, 내마모성이 필요한 펌프 부품, 선박용 부품에 쓰이는 구리합금은?
정답 ① · 질문은 고탄성, 내식성, 내마모성이 요구되는 부품에 적합한 구리합금을 묻고 있다. 인을 첨가한 인청동은 주조성 및 기계적 성질이 우수하고 내식·내마모성이 좋아 펌프 부품이나 선박용 부품 등에 널리 쓰이므로 정답이다.
고탄성, 내식성, 내마모성이 모두 요구되는 구리합금은 인청동이다.
40~50% 정도의 니켈을 함유한 니켈-구리계 함금으로 전기 저항이 크고, 온도계수가 작아서 전기 저항선이나 열전대로 많이 사용되는 것은?
정답 ④ · 문항은 니켈-구리계 합금 가운데 전기저항이 크고 온도계수가 작아 저항선 등에 쓰이는 재료를 묻고 있다. 콘스탄탄은 니켈-구리계 합금으로 비교적 큰 저항과 작은 온도계수 특성으로 저항선 및 열전대 등에 널리 쓰인다.
니켈-구리 합금 중 저항이 크고 온도계수가 작은 콘스탄탄이 저항선으로 쓰인다.
다음 중 알루미늄(AI)의 특성이 아닌 것은?
정답 ④ · 문제는 알루미늄의 물성을 묻고 있기에 대표적 특성을 비교하는 내용이다. 알루미늄은 비중이 약 2.7로 철보다 가볍고 은백색이며 전연성이 좋아 주조가 용이하고 전기·열 전도성도 비교적 우수하지만 구리보다는 전도도가 낮다.
알루미늄은 구리보다 전기 전도도가 낮으므로 전기 전도성이 높다는 서술은 틀리다.
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