초전도체에서 자석위에서의 부분부상현상이 어떻게 일어나나요?

Question

초전도체는 마치 자석처럼 하늘에 떠있는 효과를 보이는데요, 그중 부분부상현상을 일으키는 데는 어떤 물질이 필요하고 어떤 원리로 작동되는지 알고 싶습니다.

Answer 1

안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.

부분 부상 현상은 초전도체가

자기장 위에 떠 있는 현상입니다.

초전도체는 특정 온도 아래에서

전기 저항이 0이 되는 물질입니다.

이 특성으로 인해 초전도체에 전류가 흐르면

자기장을 만들고 이 자기장이 초전도체를

위로 밀어 올리는 힘을 발생시킵니다.

현상은 다음과 같은

원리로 발생합니다.

초전도체는 완전히 자기장을 배척하는

마이스너 효과라는 특성을 가지고 있습니다.

자기장이 변하면 그 변화에 반대되는

방향으로 전류가 발생하는

렌츠의 법칙이 작용합니다.

초전도체에 흐르는 전류는

자기장을 만들고 이 자기장은

초전도체를 위로 밀어 올리는

반발력을 발생시킵니다.

부분 부상 현상에 사용되는

물질은 다음과 같습니다.

액체질소 온도(약 -196℃)에서

초전도 특성을 나타내는 물질입니다.

대표적인 저온 초전도체는

니오븀-티타늄 합금(NbTi)입니다.

액체 질소보다 높은 온도에서

초전도 특성을 나타내는 물

질입니다.

대표적인 고온 초전도체는 비스무스-스트론튬-칼슘-구리-산화물(BSCCO)입니다.

부분 부상 현상은 다음과 같은 분야에 응용됩니다.

마찰 없이 떠서 운행하는 열차입니다.

자기장을 이용하여 에너지를

저장하는 장치입니다.

물체의 결함을 검사하는 장치입니다.

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Answer 2

안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.

초전도체는 일반적인 전도체와는 달리 매우 낮은 온도에서만 전기를 통할 수 있는 물질입니다. 이러한 특성은 초전도체가 전기를 전달하는 과정에서 발생하는 에너지 손실을 최소화하기 때문입니다. 이러한 특성으로 인해 초전도체는 매우 강한 자기장을 만들어낼 수 있습니다.

자석 위에서의 부분부상현상은 초전도체가 강한 자기장에 노출되었을 때 일어나는 현상입니다. 이때 초전도체 내부의 전자들은 자기장의 영향으로 인해 움직이는 방향이 제한되어 전류가 흐르지 못하게 됩니다. 하지만 초전도체의 특성상 전류가 흐르지 못하는 부분은 매우 작기 때문에 전체적으로는 전류가 흐르는 것처럼 보입니다. 이러한 현상을 부분부상현상이라고 합니다.

부분부상현상이 일어나는 원리는 초전도체 내부의 전자들이 자기장에 의해 강제로 움직이는 것이 아니라 자기장과 상호작용하여 전자들이 자유롭게 움직일 수 있는 경로를 만들어내는 것입니다. 이러한 경로를 플럭스튜브라고 부르며 이를 통해 전자들이 자유롭게 움직일 수 있게 됩니다.

따라서 초전도체에서 자석 위에서의 부분부상현상은 자기장과 초전도체 내부의 전자들의 상호작용으로 인해 일어나는 현상입니다. 이를 통해 초전도체는 강한 자기장을 만들어낼 수 있으며 이를 이용하여 다양한 분야에서 응용되고 있습니다. 감사합니다.

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