Young's Modulus 영률, 탄성계수(elastic modulus)의 의미 *항복 강도와 탄성 계수

 

 

 

 

 Young's Modulus는 '영률' or '탄성계수'로서 Elastic modulus로 불리기도 한다.

 

 '탄성계수'라는 말처럼 재료 고유의 '강성;stiffness'를 나타내는 탄성 성질을 뜻하며, 탄성을 측정하는데 공통적으로 쓰인다. 유튜브에서 검색을 하다가 내용이 쏙쏙 박히는 콘텐츠를 발견했다.  *'강성'은 물체가 본래 형태를 유지라혀는 성질이다.

 

 

 보통 탄성측정 시험을 위해서 'UTM (Universal Testing Machine)'이라는 기계로 측정을 한다.

 

 저 가운데 시험할 물체를 달아놓고, 잡아당겼다가 말았다가 하면서 측정을 하는데, '변형률;strain'과 물체가 끊어질 때까지 측정을 하여 '인장강도;tensile strength'를 알 수가 있다.

www.torontech.com/electromechanical-universal-testing-machine

 

 유튜브 콘텐츠 내용을 보면 하중을 가해 잡아당길 때, '응력;stress'과 '변형률;strain'이 커질수록 'elastic region;탄성영역'을 지나, 'plastic region;소성영역'으로 가다가 결국엔 파단한다.

 

 여기서 '탄성영역'이란 복원력을 말한다. 저 영역에선 물체가 복원력을 가지고 있다는 것이고, '소성영역'은 원래 모양으로 돌아가지 않는, 영구적인 변형이 일어나는 곳이다.

source : youtube

 

 

 그리고 탄성영역의 기울기를 'young's modulus;영률'이라고 한다.

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 아래 그래프는 재료에 따른 변형률과 응력에 관한 그래프다. 기울기는 티타늄 카바이드 > 탄소강 > 알루미늄 > 나무 > 폴리프로필렌;고분자 순인데, 티타늄 카바이드가 응력을 크게 줘도, 변형률이 가장 적은 것을 볼 수 있다.

 

 즉, 티타늄 카바이드가 기울기가 가장 크므로, Young's modulus 값이 가장 크다. 큰 틀에 재료별 영률을 보면 세라믹 > 금속 > 고분자순이다.

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 이처럼 영률이 다른 것은 원자 간의 결합력이 다르기 때문이다. 탄성을 측정할 때 원자 간 결합이 늘어나는 정도는 재료마다 다르기 때문이다.

 

 앞서 말했듯, 원자간 결합력이 좋거나 신축성이 좋으면 원래대로 돌아가려고 한다. 이러한 성질을 '탄성;복원력'이라고 한다. 버티다 결합이 결국 깨져 영구적 변형 및 파괴가 일어나는 것을 '소성변형'이라고 한다.

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 세라믹과 금속, 고분자의 영률이 다른 이유는 세라믹과 금속은 원자 간의 결합이기 때문에 결합력이 강하고, 고분자의 경우 분자 간의 결합이기 때문에 결합력이 약하다. 아래 사진을 보면 무슨 차이인지 이해하기가 쉽다.

 

*참고로 합금은 영률이 낮아지는 경향이 있는데, 탄소가 원자의 결합 속에 많이 있어서 결합력을 감소시키기 때문이다.

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