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초전도체란? [전자기학] 본문
초전도체 시리즈
영화 아바타 1의 작중 인류가 오직 판도라에서만 생산되는 '언옵테늄'이라는 상온 초전도체 금속을 얻기 위해 무려 국가 예산을 넘을 정도의 가치를 투자하여 14년이라는 시간 동안 우주를 항해해 갈 만큼 이 금속에 대한 가치가 어마어마하다는 내용이 있습니다.
무려 kg당 한화로 약 20억 정도의 가치를 지닌다고 합니다.
초전도체가 무엇일까요?
이 물질에 어떤 특성이 존재하길래 그렇게 가치가 높은 걸까요?
초전도체에 대해서 탐구해 보도록 하겠습니다.
금속, 합금, 반도체 또는 유기 화합물 등의 물질들을 특정 임계점 이하의 온도로 냉각하게 되면 특이한 현상이 일어난다.
- Tc : 임계 온도
- Hc : 임계 자기장
- Jc : 임계 전류 밀도
초전도 현상은 아래 3가지 조건을 충족해야 일어난다.
- 온도가 임계 온도보다 낮아야 한다.
- 자기장이 임계 자기장보다 낮아야 한다.
- 전류 밀도가 임계 전류 밀도보다 낮아야 한다.
초전도체는 크게 3가지 특징이 있다.
1. 마이스너 효과
자기장을 완전히 밀어내는 특성.
마이스너 효과이다.
초전도체는 약한 외부 자기장 안에 놓이게 되면, 이 자기장은 초전도체를 완전히 투과하지 못한다.
설사 자기장이 초전도체 내부로 들어간다 해도 급격히 감소하여 자기장은 0이 되어버린다.
자기장을 밀어낸다는 특성은 반자성체의 특성과 비슷한데, 그렇다고 해서 반자성체와 초전도체는 서로 절대 같은 것이 아니다.
2. 자기장 선속 양자화
일반적으로 자석 위에 자석을 올리게 되면 띄운다 쳐도 사정없이 흔들린다.
그러나 초전도체는 자석 위에서 가만히 있는다. 건드려도 가만히. 기울여도 상태가 고정된다.
자기 선속이 입자라니? 정말 놀랍다.
이 입자는 전자기 선속의 양자인 플럭손이라고 한다.
3. 완전 도체화(전류에 대한 초전도)
저항이 0인 상태인 시료는 초전도 상태이다.
저항이 0이라는 말의 의미는 전류가 에너지 손실 없이 흐른다라는 말과 같다.
배터리의 발열 문제가 없어진다.
전류를 축전하는 축전기가 배터리인데, 저장하는 전류 손실이 없으니 말이다.
자기장, 전기장 등 풍선에 댄 머리카락의 정전기현상이라는 대전 효과의 원리는 전자기학에서 다룹니다.
그러나 초전도 현상은 고전물리로는 설명할 수 없는 양자역학 현상입니다.
현재 인류는 초전도체에 대한 연구를 지속적으로 하고 있으며 언젠가 어느 한 시점에서 성과가 있으리라 봅니다.
그 시점이란, 어느 때보다 자유로운 상상력의 시대일 겁니다.
순간, 인류의 혁신이자 특이점 돌파의 열쇠가 될 역사적인 순간인 것입니다.
그 편린 같은 희망의 바람을 간직하며 이번 포스팅 작성을 마칩니다!
뉴턴이 있으라! Q.E.D.
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