초전도체는 왜 영상의 온도에서는 작동이 안되나요?

Question

안녕하세요? 전기저항이 0이면 100%의 전기를 줄수있다는 꿈의 전도체 초전도체는 영하의 온도에서만 가능하다고 알고 있습니다. 왜 영상의 온도에서는 안되나요?

페퍼민트 · Accepted Answer

안녕하세요. 김지호 과학전문가입니다.상온에서 초전도체가 만들어지기 위해서는 267GPa(기가파스칼. 기가는 10억을 뜻함)의 거대한 압력이 필요로 한데, 이는 260만 기압을 의미합니다. 굉장히 작은 공간에 황화수소(H₂S)와 수소(H₂), 메탄(CH₄)를 넣고 위아래에서 다이아몬드로 눌러 압력이 260만 기압까지 올리고 레이저를 쪼이면 기체 분자들이 해체되고 원자들이 재배치돼 상온 초전도체인 고체가 만들어진다고 합니다. 하지만 탄소질황수소화물(CSH)라고 부르는 이 고체의 정확한 구조를 모를 뿐 아니라 실험 중에 다이아몬드가 압력을 견디지 못해 깨지면서 이 고체도 연기처럼 흩어져버린다는 게 문제입니다. 따라서 아직까지는 상온초전도체를 만들기에는 충분한 기술이나 연구가 진행되지 못했다고 할 수 있습니다.

김재훈 전문가 · Answer

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.초전도체가 영상의 온도에서 안되는 이유는 초전도체의 전기저항이 0이 되는 원리에 있습니다. 초전도체의 전기저항이 0이 되는 것은 전자의 스핀이 서로 결합하여 쌍극자 모멘트를 형성하기 때문입니다. 이 쌍극자 모멘트는 전자들이 서로 밀어내어 전기 저항을 0으로 만듭니다. 그런데, 영상의 온도에서는 전자의 스핀이 서로 결합하여 쌍극자 모멘트를 형성하기 어렵습니다. 이는 온도가 높아지면 전자의 운동 에너지가 증가하여 전자들이 서로 흩어지기 때문입니다. 따라서, 영상의 온도에서는 전자의 스핀이 서로 결합하여 쌍극자 모멘트를 형성할 수 없기 때문에, 초전도체의 전기저항이 0이 되지 않습니다

하얀도화지113 · Answer

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.초전도체가 영하의 온도에서만 동작하는 이유는 바로 "쿠페르 페어링" 현상 때문입니다. 쿠페르 페어링은 초전도체가 영하의 온도에 도달하면 전기 저항이 없어지고, 전기가 완전히 흐를 수 있는 현상을 말합니다. 이는 영하의 온도에서만 특정한 물리적 조건이 충족되기 때문에 발생합니다.이러한 현상은 영하 온도에서만 나타나는데, 그 이유는 영하 온도에서 물질의 원자나 이온들이 매우 낮은 열 운동을 가지기 때문입니다. 이러한 낮은 열 운동은 전기 저항을 유발하는 원자나 이온들의 상호 작용을 방해하고, 전기자들이 자유롭게 이동할 수 있게 합니다.하지만 영상의 온도에서는 원자나 이온들이 더 높은 열 운동을 하며 상호 작용이 증가합니다. 이로 인해 전기 저항이 발생하게 되고, 초전도체로서의 특성을 잃게 됩니다. 따라서 초전도체는 영하의 온도에서만 작동하며, 영상의 온도에서는 전기를 완전히 전달할 수 없게 됩니다.

환한물소134 · Answer

안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.초전도체는 전기 저항이 0인 물질입니다. 전기 저항이 0이면 전류가 흐를 때 전기 에너지가 열로 소모되지 않습니다. 따라서, 전력 손실이 없고, 효율이 매우 높은 전력 전송 및 저장이 가능합니다.초전도체는 영하의 온도에서만 발생합니다. 왜냐하면, 전자의 운동에 영향을 미치는 결정 격자 내의 원자 진동이 영하의 온도에서만 최소화되기 때문입니다.결정 격자 내의 원자 진동이 크면, 전자는 원자와 충돌하면서 에너지를 잃게 됩니다. 이 에너지 손실이 전기 저항의 원인이 됩니다. 따라서, 원자 진동이 최소화된 영하의 온도에서 전기 저항이 0이 되는 것입니다.영상의 온도에서는 원자 진동이 여전히 존재하기 때문에, 전기 저항이 0이 되지 않습니다.현재까지 연구 결과에 따르면, 상온 초전도체는 아직 발견되지 않았습니다. 하지만, 상온 초전도체의 발견은 전력 산업에 혁명을 일으킬 것으로 기대되고 있습니다.

박준희 전문가 · Answer

안녕하세요. 박준희 과학전문가입니다.저항은 온도가 낮아질수록 약해지는 특징이 있어서초전도체 즉 절대온도가 0도인 초저온상태에서 발현하므로 초전도체라고 하는거죠.

전기·전자

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초전도체는 왜 영상의 온도에서는 작동이 안되나요?