[개념] 초전도체? : 그게 뭔데 - 문돌이를 위한 과학 개념 설명서

초전도 현상의 예

초전도 현상

초전도 현상(超傳導現象) 또는 초전도체(superconductor)는 임계 온도(critical temperature, Tc) 이하의 초저온에서 금속, 합금, 반도체 또는 유기 화합물 등의 전기 저항이 갑자기 없어져 전류가 장애 없이 흐르는 현상을 말합니다. 이 현상은 외부 자기장을 밀쳐내거나 전기 전류가 흐르는데 저항이 발생하지 않는 성질을 보입니다.

초전도는 양자 역학적인 현상으로, 고전 물리의 "완전 도체"(perfect conductor) 개념으로는 설명될 수 없습니다.

초전도는 다양한 물질에서 나타나며, 1986년에는 구리-페로브스카이트(perovskite) 계 세라믹 물질에서 임계 온도가 90 K(켈빈)을 넘는 고온 초전도체가 발견되었습니다. 이로 인해 초전도체 연구가 활성화되었고, 상업적 응용 가능성이 확대되었습니다.

 

---

정리

• 초전도 : 특정한 아주 낮은 온도 이하에서 일부 물질이 전기를 아무런 저항 없이 전달하는 현상
• 초전도의 성질을 띤 물질
  • 저항이 0 → 전류가 흘러도 전기에너지를 잃지 않음(에너지 효율 100%에 근접)
  • 외부의 자기장을 내부로 들어오지 않게 밀어냄
  • 각 초전도 물질마다 특정한 '임계 온도'가 있음
  • 금속, 합금, 반도체, 유기 화합물 등 다양한 물질에서 초전도 현상이 관찰됨

 

---

실생활 응용

전력 전송 및 저장:

• 초전도 케이블을 사용하면 전기를 전송할 때 발생하는 저항에 의한 에너지 손실이 없음. 현재의 전력 전송 시스템에서는 긴 거리 전송 시에 상당한 에너지 손실이 발생하는데, 초전도 케이블을 사용하면 이러한 손실을 방지할 수 있음.
• 근거: 초전도 물질은 저항이 0이므로 에너지 손실 없이 전기를 전송할 수 있음.
• 응용 가능성: 미래의 스마트 그리드 시스템에서는 초전도 케이블을 활용하여 효율적인 전력 분배와 저장이 가능할 것임.

일반적인 송전탑

 

교통 수단:

• 초전도 기술을 활용한 자기부상 기차는 바퀴와 철로 사이의 마찰이 없기 때문에 더 빠른 속도로 운행될 수 있음. 또한, 초전도 모터를 사용한 자동차는 더 효율적인 에너지 사용이 가능함.
• 근거: 메이스너 효과로 인해 초전도 물질은 외부 자기장을 완벽하게 배제하므로, 자기부상이 가능함.
• 응용 가능성: 미래의 교통 수단은 초전도 기술을 활용하여 더 높은 에너지 효율과 빠른 속도를 제공할 것임.

자기부상열차

 

의료 기기:

• 초전도를 활용한 MRI는 더 강력한 자기장을 생성할 수 있어, 더 선명하고 정확한 이미지를 얻을 수 있음.
• 근거: 초전도 물질의 완벽한 자기장 배제 능력으로 인해, MRI의 자기장 강도를 높일 수 있음.
• 응용 가능성: 초전도 기술의 발전으로 더 정밀한 진단이 가능해지며, 다양한 의료 기기에서의 활용 범위가 확대될 것임.

MRI

 

컴퓨팅(+양자 컴퓨터):

• 초전도 컴퓨터는 전자의 저항 없는 흐름을 활용하여 빠른 연산 속도를 제공함. 이로 인해 훨씬 더 빠른 데이터 처리와 연산이 가능함.
• 근거: 초전도 상태에서의 전자의 저항 없는 흐름은 빠른 전자 스위칭을 가능하게 함.
• 응용 가능성: 초전도 컴퓨터 기술의 발전은 양자 컴퓨팅 분야에서의 활용을 포함하여, 다양한 고성능 컴퓨팅 응용에 기여할 것임.

양자컴퓨터

 

---

 

공감❤️은 무료입니다.