초전도체의 원리가 궁금합니다.
초전도체로 인해 시끌법적한데요~ 원리가 무엇이며 한국에서 개발한 초전도체라는것은 어떤 물질을 개발 했다는건가요? 그리고 이 개발이 우연한 실험을 통해 발견되었다는데 맞나요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 초전도체란 전류가 흐르는 물체에서 전기 저항이 발생되지 않아서 전류의 손실이 없이 전류가 흐르는 것을 말합니다. 전기 저항이 발생되면 전류가 손실되어서 전류의 효율이 낮아지고 또한 저항으로 인해서 발열이 발생되어서 열에 의해 물체가 변형되거나 고장나거하는 것인데,,,이런 저항은 물체의 원자의 무작위 진동에 의해서 저항이 발생되어서 과학자들이 초저온에서 원자의 움직임이 제한되어서 초전도체를 만들었는데요. 초 저온상태에서만 초전도체가 되어서 사용어 어려운것인데,,,우리나라에서 개발한 초전도체는 상온과 상압 그러니깐 상온에서 온도를 내리거나 높이거나 압력을 높이거나 내리거나 하지 않고 초전도체가 되니깐 상용화가 가능하다는 것입니다.
안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.
우연이라기보다는 수천 수만가지의 재료의조합과 공정방식변경을통해 개발했다고합니다.
주변에서쉽게구할수 있는 구리같은 간단한재료를 적절히 고온가열하고 조합하여만든 물질이 특정구조를 만들며 식게되고, 해당구조가 상온 초전도 현상을 일으킬 수 있다고합니다.
안녕하세요. 이준엽 과학전문가입니다.
초전도체의 원리는 전자들이 저온에서 어떤 물질 내에서 저항 없이 자유롭게 흐르는 현상입니다. 이런 물질들은 특정한 온도인 "초전도 전이 온도" 이하에서만 초전도 상태를 보이며, 그 위의 온도에서는 일반적인 저항을 가지게 됩니다.
한국에서 개발한 초전도체는 2020년 10월 기준으로 과학기술정보통신부가 발표한 내용에 따르면, 우리나라의 세계 최초 연구팀이 높은 압력과 고온을 가진 환경에서 란타넘 물질(Lanthanum hydride, LaH10)을 사용하여 상온(약 15~25도)에서의 초전도 현상을 발견한 것으로 알려져 있습니다.
이러한 개발은 우연한 실험을 통해 발견된 것으로 보고되고 있습니다. 물리학과 재료공학 분야에서 높은 압력과 온도를 이용한 실험은 기존의 연구에서도 수행되는 것이기 때문에 이러한 상태에서 상온 초전도체가 발견된 것은 예상치 못한 기쁜 놀라움이었을 것입니다.
상온 초전도체의 발견은 현재까지의 초전도체 연구 역사에서 큰 성과로 평가되며, 더 높은 온도에서의 초전도체 발견을 통해 실용적인 응용이 가능해질 수 있을 것으로 기대되고 있습니다. 따라서 상온에서 작동하는 초전도체에 대한 연구는 물리학과 공학 분야에서 계속해서 큰 관심과 연구가 진행될 것으로 예상됩니다.
초전도체는 특정 온도 영역에서 전기 저항이 없거나 매우 작아지는 재료입니다. 이러한 특성은 반도체나 금속과는 매우 다릅니다. 초전도체의 원리는 양자 역학에 기반하며, 주요 원리는 다음과 같습니다:
영구적인 전기 저항의 부재: 초전도체는 특정 온도, 즉 임계 온도 이하에서 전기 저항이 완전히 사라지는 특성을 갖습니다. 이 온도를 "임계 온도"라고 하며, 이 온도 이상에서는 일반적인 저항체처럼 작동합니다.
완전한 전류 유속: 초전도체에 전류를 흘려보내면 그 흐름은 임계 온도 이하에서는 거의 제한 없이 계속 흐릅니다. 이는 전기 전류가 초전도체 내부의 전자들이 모두 정렬되어 일종의 "수렴"을 이루게 되기 때문입니다.
두 상태 사이의 갑작스러운 변화: 초전도체의 전기 저항은 온도에 따라 갑작스럽게 변화합니다. 임계 온도 이상에서는 일반적인 저항체처럼 작동하고, 임계 온도 이하에서는 완전한 초전도체로 작동합니다.
초전도체의 원리는 풀리에 상태와 소피에 상태라는 두 가지 상태 간의 상호작용으로 설명됩니다. 초전도체의 상태는 전자들이 쌍으로 결합되어 Cooper pair라고 불리는 상태를 형성하게 됩니다. 이러한 Cooper pair는 서로 상호작용하며 전기 저항을 완전히 없애게 됩니다.
안녕하세요. 조사를 해본 결과 초전도체는 특정 온도에서 저항이 완전히 사라지는 현상인 초전도성을 나타내는 물질입니다. 초전도체의 동작 원리는 아래와 같이 설명할 수 있습니다:
1. 영온 근처의 온도에서: 초전도체는 영온 근처의 매우 낮은 온도, 즉 절대 영도인 영점에 가까운 온도에서 동작합니다. 이 온도를 초전도 전이 온도라고도 합니다.
2. 전자의 쌍대성: 초전도체는 전기 전도를 맡은 전자들이 서로 쌍대로 결합하여 이동하는 "쌍대성"을 갖습니다. 이 쌍대성은 전자들이 서로 상호작용하여 저항을 생성하지 않고 전류를 자유롭게 흘리도록 합니다.
3. 쿠퍼 페어: 초전도체에서 쌍대성을 가능하게 하는 주요 메커니즘은 쿠퍼 페어링입니다. 쿠퍼 페어란, 전자들이 반대 방향으로 움직이는 두 개의 전자가 서로 결합하여 쌍을 이루는 것을 말합니다. 이 쌍은 전자들이 상호작용하여 저항을 생성하지 않고 전류를 효율적으로 흘리도록 합니다.
4. 자기장 제어: 초전도체는 자기장을 적용함으로써 초전도 상태로 동작할 수 있습니다. 자기장을 가하면 초전도체 내부의 자기장과 상호작용하여 쿠퍼 페어를 형성하고, 초전도성을 유지합니다.
이러한 원리들로 인해 초전도체는 매우 낮은 온도에서 저항이 사라지고 전류가 자유롭게 흐를 수 있게 됩니다. 초전도체는 전력 손실을 줄이고 강력한 자기장을 생성하는 등 다양한 응용 분야에서 사용됩니다. 참고하시기 바랍니다
