초전도체를 이야기 하기 위해서는 반드시 전기에 대한 이야기를 알아야 해요.
우리는 매일 전기를 쓰는데요. 전화를 하거나, 컴퓨터를 켜거나, 전자레인지로 음식을 데울 때 모두 전기가 필요하죠. 그런데 전기를 옮기는 동안에는 항상 조금씩 전기가 사라져 버립니다.
그런데 만약 이 사라지는 전기를 아예 없앨 수 있다면 어떨까요? 그게 바로 ‘초전도’가 할 수 있는 일이에요.
‘초전도체’라는 것은 특별한 온도 아래에서는 전기 저항이 0이 되는 물질을 말해요.
쉽게 말해서, 전기를 전달하는 동안 전기가 사라지는 일이 없다는 거죠.
이런 신기한 일을 처음 발견한 사람은 1911년에 네덜란드의 물리학자 헤이케 카메링크 온네스였어요.
그는 수은을 아주 아주 차갑게 만들었을 때, 수은 속에서 전기가 사라지지 않는다는 걸 발견했답니다. 그래서 이런 물질을 ‘초전도체’라고 부르기로 했어요.
이번에는 이 ‘초전도체’에 대해 함께 알아보려고 합니다. 초전도체가 무엇인지, 어떻게 동작하는지, 그리고 우리 생활 속에서 어떻게 쓰이고 있는지에 대해 알아볼 거예요.
초전도체, 어떻게 전기를 잃지 않을까?
전기는 어떻게 전달되는 걸까요?
전선을 통해 전기 에너지가 이동하는데, 이 과정에서 전선이 조금씩 전기를 ‘잃어버린다’는 걸 알고 계신가요?
이런 일이 벌어지는 이유는 전선이 ‘저항’이라는 걸 가지고 있기 때문이에요.
이 저항 때문에 전기 에너지 일부가 열로 변환되어 사라져 버리는 거죠.
하지만 초전도체는 이런 저항이 없어요.
온도를 아주 낮게 만들면, 초전도체는 전기를 잃지 않고 전달할 수 있게 되는 거예요.
이런 현상을 ‘초전도 현상’이라고 부르는데, 이는 물질이 특별한 온도 아래로 내려가면 전기 저항이 0이 된다는 걸 의미해요.
그래서 초전도체를 통해 전기를 전달하면, 전기가 사라지지 않고 그대로 전달될 수 있는 거죠!
그런데 어떻게 초전도체는 저항 없이 전기를 전달할 수 있을까요?
그건 ‘쿠퍼 쌍’이라는 특별한 상태 때문이에요.
초전도 상태에서 전자들이 짝을 이루어 ‘쿠퍼 쌍’을 만들게 되는데, 이 쿠퍼 쌍이 전기를 전달하는 ‘메신저’ 역할을 합니다.
쿠퍼 쌍 덕분에 전기 에너지는 저항 없이 순식간에 전달될 수 있는 거예요.
이런 신기한 초전도 현상 덕분에, 우리는 전기 에너지를 훨씬 효율적으로 사용할 수 있게 됩니다.
초전도체, 뭔가요? 들어보셨나요?
이제 초전도체에 대해 이야기해볼 시간이 왔어요.
초전도체는 ‘1형’과 ‘2형’으로 나뉘는데요, 각각 어떤 모습을 가지고 있는지 한 번 알아보려고 합니다.
먼저 ‘1형’부터 알아볼까요?
1형 초전도체는 순수한 금속이나 금속 합금으로 만들어진 친구들이에요.
그런데 이런 친구들은 좀 까다롭답니다. 왜냐하면 아주 낮은 온도에서만 초전도 현상을 보여주거든요.
그리고 그 온도를 조금이라도 넘어가면, 마법이 풀린 것처럼 바로 초전도 현상이 사라져 버리거든요.
2형 초전도체는 특정 화합물이나 세라믹 물질로 만들어져 있어요. 그런데 이 친구들은 좀 더 높은 온도에서도 초전도 현상을 보일 수 있어요.
그리고 온도가 조금씩 높아져도 초전도 현상이 점차 사라지기 때문에, 1형보다는 좀 더 관대하다고 할 수 있겠죠.
이렇게 1형과 2형 초전도체에 대해 알아봤는데요, 그 중에서도 특히 눈에 띄는 친구가 있어요.
바로 ‘고온 초전도체’입니다!
이 친구들도 여전히 매우 낮은 온도에서만 초전도 현상을 보이지만, 다른 종류의 초전도체에 비해 상대적으로 높은 온도에서도 작동한다는 점이 특징이죠.
결국 초전도체는 이렇게 다양한 종류와 특성을 가지고 있는데요, 그리고 이런 다양성 덕분에 우리 일상에서는 많은 곳에서 초전도체의 힘을 누릴 수 있답니다.
초전도체의 활용 사례
초전도체, 이 녀석은 진짜 놀라운 물질이에요.
이 녀석 덕분에 우리 주변에서는 여러 가지 놀라운 기술들을 만나볼 수 있는데, 그중 몇 가지를 같이 살펴볼까요?
MRI
가장 먼저 떠오르는 예는 ‘자기 공명 영상(MRI)’이죠. MRI는 강력한 자기장을 이용해서 우리 몸 속의 이미지를 만들어내는 기술인데요, 이런 강력한 자기장을 만들어내는 데에는 바로 초전도체가 큰 역할을 합니다.
에너지 저장 및 전송
다음으로, 에너지 저장 및 전송 분야에서도 초전도체는 큰 역할을 해요.
전기를 저항 없이 전송할 수 있는 초전도체 선로는 에너지 손실 없이 전기 에너지를 전송할 수 있죠.
과학 연구
마지막으로, 과학 연구 분야에서도 초전도체는 없어서는 안 될 중요한 요소입니다.
입자 가속기나 양자 컴퓨터 같은 곳에서는 초전도체가 꼭 필요하거든요.
결국, 초전도체는 우리 주변에서 빠질 수 없는 중요한 요소가 되어 있습니다.
그리고 더 높은 온도에서도 작동하는 초전도체의 개발이 계속되고 있어서, 앞으로 초전도체가 더욱 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.
우선 초전도체에 대해 함께 알아보았습니다.
초전도체의 기본 개념부터 1형, 2형 초전도체의 특성, 그리고 고온 초전도체에 대한 이야기, 마지막으로는 초전도체가 어떻게 활용되고 있는지에 대해 살펴보았습니다.
그리고 초전도체는 여전히 많은 연구가 진행되고 있는 분야로, 앞으로 더 높은 온도에서도 작동하는 초전도체의 발전이 기대됩니다.
그리고 그런 발전이 이루어진다면, 초전도체는 우리 일상 생활과 과학 기술 분야에서 더욱 중요한 역할을 하게 될 것입니다.
