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.

 

 Young's Modulus is 'Young's modulus' or 'modulus of elasticity', also called elastic modulus.

 

 

 

 

 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.

 

source : 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.

 

 If you look at the contents of YouTube contents, when pulling with a load, as the 'stress' and 'strain' increase, it goes through the 'elastic region' and goes to the 'plastic region' and eventually breaks.
 

 

source : youtube

 

 

 

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

 

 And the slope of the elastic region is called 'young's modulus'.

 

source : youtube

 

 

 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.

 

 The graph below shows the strain and stress according to the material.

 The gradient is in the order of titanium carbide > carbon steel > aluminum > wood > polypropylene; polymer, and even if titanium carbide gives a large stress, it can be seen that the strain is the least.

 That is, since titanium carbide has the largest slope, the Young's modulus value is the largest. If you look at the Young's modulus for each material in a large frame, the order is ceramic > metal > polymer.

 

source : youtube

 

 

 

 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.

 

 The difference in Young's modulus is due to the different bonding strength between atoms. This is because the extent to which interatomic bonds are stretched when measuring elasticity varies from material to material. 

 As I said earlier, when the bonding force between atoms is good or elasticity is good, it tries to return to its original state. This property is called 'elasticity'. resilience'. Eventually, the bond is broken and permanent deformation and destruction occur is called 'plastic deformation'.

 

source : youtube

 

 

 

 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.

 

source : youtube