초전도체가 요즘핫한테 초전도체의 원리가 궁금합니다

Question

초전도체라는것이 공중에 떠다닌다는것으로 알고있는데 이런 초전도체가 발생하는 원리를 과학적인 측면에서 상세하게 알려주세요

Answer 1

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

초전도체의 핵심은 전자의 쌍 대전이라고 불리는 현상인 쿠퍼 페어링입니다. 쿠퍼 페어링은 전자들이 잠재적인 에너지를 서로 공유하여 결합하는 현상으로, 이를 통해 전자들의 운반에 저항이 발생하지 않습니다.

초전도체가 동작하기 위해서는 두 가지 조건이 충족되어야 합니다. 첫째, 초전도체가 특정 온도인 임계 온도 이하에서 작동해야 합니다. 대부분의 초전도체는 매우 낮은 온도인 절대영도 근처에서 동작하기 때문에 액체 헬륨이나 액체 질소와 같은 극저온 환경이 필요합니다.

둘째, 초전도체는 전기 자기장의 영향을 받아야 합니다. 초전도체에 자기장을 가할 경우, 자기장 안에서 전자들이 쿠퍼 페어를 형성하여 전기 저항이 사라지게 됩니다. 이러한 현상을 "Meissner Effect"라고도 부르며, 초전도체가 자기장을 배제하고 그 주변을 떠다니는 것처럼 보이게 합니다.

이러한 원리를 기반으로 초전도체는 다양한 분야에서 활용됩니다. 예를 들어, 초전도체는 자기 공명 영상 증폭기와 같은 의료 진단 장비, 자기 부력열차와 같은 교통 수단, 고속 컴퓨터의 초전도체 칩 등에 사용됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 장대은 과학전문가입니다.

초전도체란 임계온도 이하에서 전류를 흘려주면 전자 하나하나가 아닌 두 개의 전자가 짝을 지어 형성하는 쿠퍼쌍(전자쌍)으로 전류가 흐르며 전기저항이 없어지는 특이한 성질을 보이는 물체이며

아직은 정확히는 밝혀진바 없다고 합니다

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Answer 3

안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.

초전도체는 특정 온도 아래에서 전기 저항이 사라지는 물질로 정의합니다. 1911년 네덜란드 물리학자 오너스(H. K. Onnes)에 의해 발견되었습니다. 일반적으로 금속성을 가진 물질(도체, conductor)의 전기 저항은 온도가 낮아질수록 줄어드는데요. 특정 온도에서 저항이 갑자기 0이 되는 걸 말합니다.

초전도체는 많은 놀라운 특징을 가지고 있습니다. 다양한 특징 중 초전도체의 대표적인 것으로는 아래 두 가지입니다.

​1. 전기저항이 없습니다.

전기 저항이 없다는 건 전류를 흘렸을 때 에너지 손실이 없다는 것입니다. 전선으로 만든다면 현재 20% 이상의 전력 손실이 거의 사라지게 됩니다. 한 번 발생한 전류가 무한히 흐를 수 있다면, 전력 전송이나 에너지 저장과 같은 분야에서 엄청난 효율과 이득을 가지게 됩니다.

​2. 마이스너 효과(Meissner effect)

일반적인 도체는 외부 자기장에 반응하는 특성이 있습니다. *도체 내부에 자기 선류가 생기고, 외부 자기장과 상호 작용을 합니다. 하지만, 초전도체는 자기장 속에서 다른 모습을 보입니다. 초전도체는 외부 자기장과 반대 방향의 자기장을 내부에 만듭니다. 내부에 자체적인 자기선을 만들어 외부 자기장을 밀어내는 모습을 보입니다. 마이스너 효과는 초전도체가 공중에 뜨는 현상을 설명할 수 있어요.