요즘 초전도체가 핫한것 같은데 쉽게 뭔지 설명좀 부탁드립니다.
요즘 초전도체가 세계적으로 핫하고 관심이 많은거 같은데 쉽게 뭔지 설명좀 부탁드립니다.
과학분야에서 미치는 영향은 어떤지도 궁금하네요.
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
초전도체는 매우 낮은 온도에서 전기 저항이 사라지는 현상을 나타내는 물질입니다. 일반적인 금속이나 반도체는 온도가 낮아질수록 전기 저항이 증가하는데 반해, 초전도체는 온도가 특정한 임계 온도이하로 내려가면 전기 저항이 제로에 가까워집니다.
이러한 특성은 많은 잠재적인 응용 분야를 가지고 있습니다. 초전도체는 전력 손실을 크게 줄여줄 수 있으며, 강력한 자기장을 생성하거나 정밀한 전자장치를 구축하는 데에도 사용됩니다. 또한, 초전도체를 활용한 자기 부상열기술(MRI)을 비롯한 의료 영상 산업에서도 중요한 역할을 합니다.
그러나 초전도체는 낮은 온도에서만 동작하기 때문에 실용적인 측면에서는 온도 조절이 필요하며, 초전도체의 제조 및 응용에는 기술적인 도전과 한계가 존재합니다. 그래서 현재 초전도체 연구는 이러한 한계를 극복하고 실용화를 위한 기술 개발에 집중되고 있습니다.
안녕하세요. 송종민 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.
✅ 초전도체의 발견
수은은 일반적인 상황에서 전기 저항을 가지고 있습니다. 전기를 흘려 보내면 저항과 같은 금속의 특성을 나타내죠. 오너스는 수은을 액체 액체 헬륨으로 냉각할 때 갑자기 저항이 없어지는 현상을 발견했습니다. 그리고 저항이 없다는 뜻으로 초전도 현상이라고 이름을 붙였습니다. 절대온도 4.2K. 즉 영하 268.8도에서 일어난 일이에요.
첫 발견 이후 100년이 넘는 시간 동안, 초전도 현상은 더욱 많은 물질과 온도에서 나타났어요. 하지만, 앞선 경우처럼 굉장히 낮은 온도에서 일어날 뿐이었습니다. (종종 상온 초전도 현상이 발표되었지만, 성공적인 사례가 없었어요😥)
초전도체(superconductor)
초전도체의 특징과 활용
초전도체는 많은 놀라운 특징을 가지고 있습니다. 다양한 특징 중 초전도체의 대표적인 것으로는 아래 두 가지를 얘기합니다👇
전기저항이 없다.
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.
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.
초전도체(Superconductor)는 특별한 물질로, 매우 낮은 온도에서 전기를 전달할 때 전기 저항이 거의 없거나 없어지는 현상을 나타내는 물질입니다. 이 현상을 초전도라고 합니다.
초전도체의 주요 특징과 영향:
전기 저항이 없음: 일반적인 전도체(예: 도금 철선)는 전기를 전달할 때 일정한 저항을 가지고 있어 일부 전기 에너지가 열로 손실됩니다. 그러나 초전도체는 온도가 낮아야만 작동하며, 작동 상태에서는 전기 저항이 거의 없기 때문에 전기 에너지 손실이 없습니다.
현실적인 응용을 위해 낮은 온도 필요: 초전도체는 대부분 매우 낮은 온도에서만 작동합니다. 이로 인해 실용적인 응용에 제약이 있습니다. 하지만 고체수소나 마그네슘 다이비늄 등과 같은 일부 물질은 상대적으로 높은 온도에서 초전도 현상을 나타내어 연구와 응용 가능성이 확대되고 있습니다.
과학 연구와 응용 분야: 초전도체는 과학 연구와 기술 분야에서 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 자기 고리와 같은 초전도 소재를 사용한 자기 장치는 매우 강력한 자기장을 생성할 수 있어 자기 공학 및 응용 분야에서 사용됩니다. 또한 초전도체는 전기 에너지 저장장치나 MRI(자기 공명 영상) 스캐너와 같은 응용 분야에서도 활용됩니다.
미래 기술의 가능성: 초전도체 연구는 양자 컴퓨팅과 같은 미래의 기술 발전에도 영향을 미칩니다. 초전도체는 양자 비트(Quantum Bit)를 저장하고 조작하는 데 사용될 수 있으며, 양자 컴퓨터의 핵심 요소 중 하나일 수 있습니다.
요약하면, 초전도체는 전기 전달 과정에서 발생하는 에너지 손실을 최소화하고 미래 기술의 가능성을 탐구하는 데 중요한 재료입니다. 낮은 온도에서 작동하는 한계가 있지만 연구와 응용 분야에서 높은 관심을 받고 있습니다.
안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.
초전도체는 전기 저항이 0이 되는 물질입니다. 전기 저항이 0이 되면 전류가 저항 없이 흐르게 되므로, 에너지 손실이 없이 전기를 전송할 수 있습니다. 초전도체는 1911년 네덜란드의 물리학자 헤이케 케메링 온네스(Heike Kamerlingh Onnes)가 액체 헬륨으로 액체화된 수은을 -271.4℃까지 냉각하면서 발견했습니다. 온네스는 수은이 -269℃에서 전기 저항이 0이 되는 것을 발견하고, 이를 초전도 현상이라고 이름 지었습니다. 초전도체는 다양한 분야에서 활용될 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 초전도체를 이용하면 전력 전송 효율을 획기적으로 높일 수 있으며, 자기장 발생 장치, 초고속 컴퓨터, 의료 장비 등 다양한 분야에서 새로운 기술을 개발할 수 있습니다.