엄청 낮은 온도에서는 전기 저항이 왜 0이 되는건가요?
요즘 초전도체 때문에 말이 많은데요.
처음 초전도체 현상은 수은을 연구하다가 발견했다고 하더라구요.
영하 269도에서 전기 저항이 0이 되는 현상을 발견했다고 하는데요.
왜 엄청 낮은 온도에서는 전기 저항이 사라지는 건가요?
7개의 답변이 있어요!안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 어떤 물체에 전기를 가하면 그 물체의 원자가 전기에 의해서 무작위로 진동 되면서 전자의 흐름을 방해하게 됩니다. 그럼 발열이 발생되고 그러면서 전기가 손실 되면서 결국 사라지게 되는 데요. 위에 말씀 드린데로 전기를 가하면 물체의 원자가 진동하면서 전자의 흐름을 방해해서 저항이 발생되는데요. 그럼 이 저항이 발생되지 않으려면 원자가 진동하지 않으면 되는데요. 일반적으로 온도가 낮으면 열에 의한 운동에너지가 없어지므로 원자가 진동하지 않고 그래서 저항이 0이 될수 있다고 하는 것입니다.
안녕하세요. 이준엽 과학전문가입니다.
초전도체의 특성인 영하 269도에서 전기 저항이 사라지는 현상은 수은과 같은 특정 물질들이 드물게 나타나는 현상으로서, 이를 "초전도 현상"이라고 합니다. 이 현상은 1911년 영국의 물리학자인 헤일링온(Heike Kamerlingh Onnes)에 의해 발견되었습니다.
영하 269도 이하로 온도가 떨어지면 수은과 같은 일부 물질은 전기 저항이 거의 없는 상태로 전환됩니다. 이는 기존의 전자가 전기 저항을 일으키는 데 영향을 미치는 물리적 현상들이 해당 온도에서 억제되기 때문입니다.
정확한 메커니즘은 여전히 연구 중인 분야이지만, 초전도체의 전기 저항이 사라지는 이유 중 주요한 요인은 "쿠퍼 페어링(Cooper pairing)" 이라고 불리는 현상입니다. 쿠퍼 페어링은 전자들이 특정 온도 이하에서 특정 상태로 짝지어지는 현상을 의미합니다. 이 짝지어진 전자들은 상호간의 상태에 의해 저항을 일으키는 방해를 받지 않게 되고, 결과적으로 전기 저항이 사라지는 것입니다.
초전도체의 이러한 특성은 고체 물리학, 양자역학 등의 연구에서 중요한 역할을 하고 있으며, 저온 물리학 등 다양한 분야에서 응용되고 있습니다. 최근에는 더 높은 온도에서도 초전도 현상을 나타내는 물질들이 발견되면서, 상온에서의 초전도체 개발이 활발하게 진행되고 있으며, 이러한 연구는 미래의 전기 전달과 에너지 저장 분야에서 혁신적인 기술을 제공할 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.
안녕하세요. 정철 과학전문가입니다.
일반적으로 상온상태에서는 전자들이 원자와 결합하여 자유롭게 이동하지 못합니다.
이로 인해 전기 저항이 발생하는 것입니다 .
극저온 상태의 초전도체에서는 전자들이 원자와 결합하지 않아 자유롭게 이동할 수 있게 되어 전기 저항이 거의 없어지는 것입니다.
안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.
일반적으로 금속의 전기저항은 절대온도에 비례해서 커집니다.
반대로 금속을 저온으로 내리면 전기저항이 작아지죠.
특정 종류의 금속(수은같은)은 -273도 정도까지 떨어지면 전기저항이 0이 되어버립니다.
이를 초전도 현상이라 하며, 이러한 금속을 초전도체라고 합니다.
그리고 전기저항이 없어지는 온도를 초전도 임계온도라고 합니다.
안녕하세요. 김석진 과학전문가입니다.
영하 269도에서 전기 저항이 사라지는 현상은 "순반이성" 또는 "순반도체성"이라고 알려져 있는 현상으로, 이는 특정 물질이 매우 낮은 온도에서 전기 저항이 거의나 완전히 사라지는 현상을 의미합니다.
이러한 현상은 양자역학적인 효과로 설명되며, 영하 저온에서 원자들이 거의 움직이지 않고 고정되어 있어 전기 전하가 자유롭게 흐를 수 있는 경로가 없어지기 때문입니다. 이로써 전기 저항이 사라지게 됩니다.
온도가 매우 낮아지면 몇 가지 물질들은 "초전도(超電導)"라고 불리는 현상을 보이게 됩니다. 초전도는 매우 낮은 온도, 특히 어느 정도의 임계 온도 이하에서 발생하며, 이때 물질의 전기 저항이 사실상 0이 되는 현상을 말합니다.
초전도의 기원은 1911년 영국의 물리학자 헤일스(H. K. Onnes)가 수은을 액체 헬륨 온도인 약 4.2K (-268.95°C)로 냉각했을 때 처음으로 발견했습니다. 수은은 이 온도 이하에서 전기 전류를 흐르게 하면 전기 저항이 사라지는 것을 관찰했습니다.
초전도 현상은 양자 역학의 현상으로 설명되며, 온도가 낮아짐에 따라 전자들의 움직임이 양자적인 특성에 의해 제약받게 됩니다. 이로 인해 전자들이 자유롭게 움직이지 못하고, 전류의 흐름이 장애되는 전자 간 상호작용이 감소하게 됩니다. 결과적으로 전기 저항이 거의 0이 되며 전기 전류의 손실이 없어집니다.
초전도는 많은 물질들에서 관찰되며, 강력한 자기장 생성, 정밀한 측정 장비, 높은 효율의 전기 전달 시스템 등 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있습니다. 하지만 초전도는 매우 낮은 온도에서만 나타나기 때문에 냉각 비용과 기술적인 문제들을 극복하는 것이 상용화에 있어서의 주요 과제 중 하나입니다.
안녕하세요. 김민규 과학전문가입니다.
낮은 온도에서는 원자의 움직임이 제로가 되는 원리를 이용한 것입니다. 원자가 이동하지않으면 손실되는 에너지가 0 이 되기 때문입니다.
