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초전도체에 대해서 자세히 알아보기

by 김창식님 2023. 8. 6.

오늘은 꿈의 물질이라는 초전도체에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

초전도체(超電導体, Superconductor)는 특정 온도 이하에서 전기 저항이 제로에 가까운 상태로 변하는 재료를 말합니다. 이러한 특성을 "초전도" 혹은 "영전자 저항"이라고 합니다. 일반적으로 대부분의 재료는 온도가 낮아질수록 전기 저항이 감소하는 경향을 보이지만, 초전도체는 특정 임계 온도 이하에서만 이러한 특성을 나타냅니다.

 

초전도 현상은 1911년에 영국의 연구자인 헤일즈램(H. K. Onnes)이 수은을 연구하던 중에 처음 발견되었습니다. 그는 수은을 저온에 노출시켰을 때, 액체 수은의 저항이 갑자기 사라지는 것을 관찰하게 되었습니다. 이후 많은 다른 재료들에서도 초전도 현상이 발견되었습니다.

 

초전도체는 높은 전기 전도성과 자기 특성을 갖고 있어 다양한 분야에서 응용되고 있습니다. 가장 주요한 응용 분야는 기기 및 전자기기, 의학 기기, 자기 부품, 전력 전송 등입니다. 초전도체는 저항이 없기 때문에 전기 에너지의 손실을 최소화하고 더 효율적인 전력 전송이 가능하게 합니다.

 

초전도체의 주요 특성은 다음과 같습니다.

 

임계 온도

모든 초전도체는 특정한 임계 온도 이하에서만 초전도 현상을 나타냅니다. 이 온도를 초전도체의 임계 온도라고 합니다. 대부분의 초전도체는 매우 낮은 온도, 주로 액체 헬륨이나 액체 질소 온도인 수십 켈빈(Kelvin) 이하에서 동작합니다. 그러나 최근에는 고온 초전도체라는 새로운 타입의 초전도체도 발견되어, 더 높은 온도에서 동작할 수 있게 되었습니다.

 

영구 자기장

초전도체는 임계 온도 이하에서 영구 자기장을 내재하게 됩니다. 이는 외부 자기장과 충돌하지 않고 자기장을 유지하게 됩니다. 이러한 특성은 자기 부품 및 자기 레버리지를 응용하는데 사용됩니다.

 

역 Meissner 효과

초전도체가 자기장과 접촉하게 되면, 자기장은 초전도체 내부로 배제되는 역 Meissner 효과가 발생합니다. 이러한 효과로 초전도체는 자기 분리 작용을 하게 되어 자기선언성을 보입니다.

 

Type I와 Type II 초전도체

초전도체는 Type I와 Type II로 분류됩니다. Type I 초전도체는 단일 임계 온도 이하에서 전적으로 초전도 상태로 전환되며, 비교적 간단한 구조를 갖고 있습니다. 반면에 Type II 초전도체는 높은 자기장에서도 초전도 상태를 유지할 수 있는 더 복잡한 구조를 갖고 있으며, 더 넓은 온도 범위에서 동작합니다.

 

초전도체는 물리학, 재료 과학, 전기 및 전자 공학 등 다양한 분야에서 연구와 응용이 활발하게 진행되고 있습니다. 높은 전기 전도성과 자기 특성으로 인해 미래의 기술 및 산업 발전에 많은 영향을 미칠 것으로 기대됩니다.

 

오늘은 초전도체에 대해서 알아보았습니다. 다음시간에도 더욱 재미있고 흥미로운 과학의 지식에 대해서 탐구하도록 하겠습니다.