초전도체 뜻과 원리
저항 0의 활용과 마이스너 효과 원리
100년 전에 발견한 물질이 지금에서야 다시 화제가 되고 있습니다. 아직까지의 기술로는 구현이 어려웠기 때문입니다. 그래서 초전도체란 물질의 저항 0 원리와 마이스너 효과 원리를 설명합니다.
상온 상압에서 개발되면 엄청난 활용으로 미래 생활이 바뀌게 됩니다. 파급효과도 매우 커서, 과학과 기술이 급발전하게 될 것입니다.
(이 글은 활용과 원리를 자세히 설명하는 글입니다. 간단한 설명으로 쉬운 이해를 바란다면 아래의 추천글 링크로 가서 읽으십시오)
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상온 상압 초전도체란? - 개발과 활용, 원리 설명 (저항 0, 마이스너 효과)
공중부양과 무한동력
영화 "설국열차"를 보면, 무한동력으로 지구를 돌며 빙하기의 혹한을 이겨내는 배경이 나옵니다. 하지만 현실은 쉬운 일이 아닙니다. 기차는 땅과 마찰이 생기고, 그 저항 때문에 달리는 자체가 에너지 손실로 이어집니다. 그래서 물리학에서 무한동력을 불가능하다고 보는 것입니다.
그런데 세계에서 가장 빠른 속도를 낸 일본의 '신칸센' 열차는 시속 600km로 달렸습니다. 이게 가능한 이유는 공중에 떠서 달리는 자기부상 기술 때문입니다. 이 기차는 하부의 일부를 극저온으로 만들어서 10cm 공중에 떠서 달립니다. 물론 공기저항도 줄였습니다.
서울 - 부산을 16분 만에 갈 수 있는 기차도 개발할 수 있지만, 문제는 속도를 내기 위해 엄청난 에너지를 넣어야 한다는 것입니다. 그런데 만약 추가 에너지 없이 무한동력으로 초고속을 달릴 수 있는 장치가 개발된다면? ... 그래서 초전도체란 것이 필요한 것입니다.
저항이 0Ω인 세계
'초전도체'란 뜻은 저항 0Ω 상태가 되어 전기가 100% 전달되는 물체를 말합니다. 또한 이 상태가 되면 '마이스너 효과'라는 것이 생기면서 일정한 거리를 두고 공중에 떠 있게 됩니다. 그러나 문제는 섭씨 영하 270도를 유지하거나 대기압의 150만배의 압력을 유지해야 한다는 것입니다.
1913년에 발견해서 이미 100년이 지난 발견이지만 과학자들은 아직 이 문제를 해결하지 못하고 있습니다. 일상생활에서 이 현상을 이용하려면 상온 상압 초전도체란 것이 개발되어야만 합니다. 상온 상압이란 일상의 보통 환경이란 의미입니다. 그러므로 중요한 것은 그냥 초전도체가 아니라 "상온 상압 초전도체"인 것입니다.
그럼 '고온 초전도체'란 무엇일까요? 일반적으로 이 현상은 섭씨 -270도에서 -240도 정도에서 나타납니다. 이때 압력을 크게 하면 좀 더 높은 온도인 영하 -240도 ~ -20도 정도에서도 초전도 현상이 나타나는데, 이것을 말하는 것입니다. 말만 고온일 뿐 조금 덜 춥다는 차이밖에 없습니다.
초전도체 원리
전기란 전자가 흘러가는 것입니다. 그런데 전자는 원자 속에서 양성자, 중성자와 함께 있습니다. 더구나 원자는 무작위 진동을 합니다. 결과적으로 전자는 방해를 받게 되고, 이것이 열을 만들게 됩니다. 스마트폰을 오래 쓰면 발열이 생기는 것도 이런 이유 때문입니다.
그런데, 극저온으로 온도를 낮추면 원자의 진동에 영향을 받지 않고 전자가 흐르게 됩니다. 즉 완전 에너지 무손실로 100% 전기가 흐릅니다. 저항이 없어지므로 열손실이 사라지고, 코일 배터리 안에 수백만 년 동안 전기를 저장하는 것도 가능해 집이다.
아직 검증받지 않았지만, '쿠퍼쌍 이론'에서는 그 이유를 이렇게 설명합니다. 원래 전자는 1개로 돌아다니지만, 극단적인 온도가 되면 갑자기 2개씩 붙어 다니게 된다는 것입니다. 전자는 마이너스 값이라서 서로 밀어내야 정상이지만, 그게 없어지니 전하가 0인 것처럼 된다는 것입니다.
마이스너 효과란?
초전도체의 원리 중 '마이스너 효과'란 뜻도 알아봅니다. 과학자 마이스너의 이름에서 따온 이 효과는 자석과 밀어내는 현상입니다. 초전도체 내부로 자기장이 침투하지 못하는 현상이기도 한데, 자기장이 외부로 밀려나면서 일정 거리가 되면 그 거리를 유지하는 현상입니다.
금속이 있을 때 자기장은 금속을 뚫고 지나가려고 합니다. 하지만 초전도체를 만든 후 자기장을 흘리면, 뚫고 지나가지 못하기 때문에 옆을 타고 흐릅니다. 예를 들어, 비행기 날개를 공기가 뚫고 지나가면 비행기가 뜨지 못하지만, 공기가 날개 밑으로 통과하면 비행기가 뜨는 현상처럼 말입니다.
저항이 0인 상태에서 마이스너 효과란 것을 이용하면, 한 번 출발한 열차는 추가 에너지를 공급받지 않아도 무한히 달릴 수 있게 됩니다. 이것을 잘 이용하면 물리학에서 불가능으로 여겨졌던 무한동력을 개발할 수 있게 됩니다.
활용과 미래 전망
상온 상압의 초전도체가 개발되면, 무손실 에너지, 무한 동력이 해결될 뿐만 아니라 물리적인 공중부양이 가능해 집니다. 핵융합에서 문제는 플라즈마가 공중에 떠 있는 상태인데 이것도 해결됩니다. 양자컴퓨터의 문제까지도 해결되니, 인류는 제2의 산업혁명 시대로 넘어가게 됩니다.
사실적으로, 아직까지는 초전도체의 원리가 제대로 밝혀지지는 않았습니다. 다만, 전기에서 가장 중요한 전자가 자유로워지는 것만은 확실합니다. 일정 온도가 되기 전까지는 양성자에 구속되어 있다가, 일정 온도부터 전자의 흐름이 방해를 받지 않고 흐르는 것입니다. [저작권법 표시] 이 글의 원본: 키스세븐(www.kiss7.kr)
그런데 하필이면 우주 기본 온도인 -270도 근처에서 이런 현상이 일어나는 이유도 아직 밝혀지지 않습니다. 그래서 어떤 사람은 우주가 시뮬레이션이기 때문에 기본을 벗어나면 버그가 생기는 것이라는 말을 하기도 합니다. 어쨌든, 우리는 이제 걸음마를 뗄 수 있을 것 같습니다.
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