인류문명의 진화 : 초전도체(Feat. 카르다쇼프 척도) - 1

안녕하세요~흥미롭고 재미있는 과학 흥. 재. 과입니다!

 

오늘은 세계적으로 한국연구진이 LK-99라는 물질을 통해 주목을 받았던

초전도체에 대해 알아보겠습니다.

 

대체 초전도체가 무엇이길래 이만큼의 관심을 받을 수 있는 걸까요?

상온/상압 초전도체가 얼마나 대단한 기술인지는 카르다쇼프 척도를 통해 짐작할 수 있습니다.

 

여러분은 카르다쇼프 척도에 대해 들어보셨나요?

바로 인류문명의 발전 정도를 유형별로 나눈 것입니다.

 

총 4단계로 나누어지는데 1단계만 되어도

지구의 모든 자원을 100% 활용하고 컨트롤하는 수준이라고 합니다.

(현재는 0.7단계에 불과한 수준)

 

만약 상온/상압 초전도체가 개발된다면 카르다쇼프 척도 기준 1단계에 가까워진다고 할 만큼

인류의 전반적인 생활에 있어서 엄청난 혁신을 가져다주게 되는데요!

 

그렇다면 먼저 초전도현상에 대해서 알아볼까요?

자석위에 떠있는 초전도체(마이스너현상)

 

초전도 현상

 

많이들 들어 보셨겠지만 초전도는 특정 온도 및 압력에서 저항(전기저항)이 0이 되는 것을 의미합니다.

전기저항이 0이 된다는 것은 무엇을 의미하는 걸까요?

 

말 그대로 전류가 흐를 때 어떠한 저항도 받지 않고 흐른다는 것입니다.

즉, 고밀도의 에너지가 아주 안정한 상태로 운영이 가능하다는 것이죠.

 

예를 들어 저희가 쓰는 노트북, 충전기, 스마트폰 등 장시간 이용 시 발열문제가 있기 마련인데요.

이러한 전자기기는 내부에서 전류가 부품을 지날 때마다

전기저항이 발생되고 전기에너지가 열에너지로 바뀌게 되는 것입니다.

이런 발열문제 때문에 쿨팬을 써서 온도를 떨어트리거나

열 도전재를 사용하여 열을 분산시킵니다.

 

하지만 이러한 전자기기가 초전도체로 이루어진다면??

 

1. 저항이 없으니 발열을 걱정할 필요가 없고

2. 마찬가지의 이유로 아주 빠른 충전속도 가능해지고

3. 에너지 낭비가 없고 부품의 내구도 또한 상승하니 환경친화적입니다.

 

발열되는 노트북

 

 참고 : 열 도전재란?

 

실리콘, 알루미늄, 구리, 은 등 열전달 및 분산을 잘 시키는 물질을 말합니다.

이런 물질들은 전자기기에 많이 적용되어 발열문제를 관리하려고 하죠.

주로 열로 인해 변형이 잘 일어나지 않으며 열을 잘 전달하기에 

오늘날 자동차, 노트북, 스마트폰, 태양광 패널, 의료 기기 등 다양한 분야에서 활용 중입니다!

 

초전도체는 왜 자석 위에 뜨는 것일까?

 

여러분은 초전도체를 떠올리면 어떠한 물체 위에 둥둥 떠다니는 모습을 생각하실 겁니다.

이는 초전도체의 특성 중 외부의 자기장이 있으면 내부의 초전류로 인해 반대 방향으로 자기장을 만들기 때문입니다.

이를 마이스너현상이라고 하는데요.

즉, 초전도체에 자기장만 있다면 어떠한 힘도 들이지 않고 공중으로 띄울 수 있다는 뜻이죠!!

반응형

상온/상압 초전도체는 왜 구현하기 힘든가?

 

사실 초전도체는 1911년 영국의 과학자 헤일스(Heike Kameringh Onnes)가

수은을 냉각하다 특정온도에서 전기저항이 0이 되는 현상을 발견하였습니다.

이 시점 이후 100년이 넘는 시간 동안 아주 낮은 온도 외에는 이러한 현상을 구현하지 못하였죠.

 

만약 온도를 낮추지 않고 압력을 높여서 초전도 현상을 구현한다면

지구 대기압의 무려 260만 배나 강한 압력을 줘야 한다니 사실상 불가능에 가깝습니다.

 

열기로 인해 녹아버리는 얼음

 

얼음으로 예를 들어볼까요??

 

상온에서 초전도 현상이 일어나는 것은 마치

얼음이 0℃이하가 아닌 20℃에서도 유지되는 것과 비슷합니다.

얼음 분자가 열을 받게 되면서 구조가 바뀌고

액체가 되어버리는데 이를 얼음으로 계속 유지시키는 것이죠.

 

마찬가지로 초전도체도 아주 낮은 극한의 온도에서 전자들의 움직임이 거의 없는 상태를 유지해야 합니다.

왜냐하면 저항이라는 것 자체가 전자들이 이동할 때 방해를 받기 때문에 생겨나는 것인데

온도가 높아지면 이러한 전자들이 구조 내에서 진동하기에 저항을 0으로 만들기 어렵기 때문이죠.

 

 

이외에도 다양한 분야에서 응용된다면 인류의 문명 발전가능성은 무궁무진합니다.

아직 한국 연구진이 만든 LK-99는 더 많은 검증이 필요하니 지켜봐야겠지만,

 

저는 설령 이것이 완벽한 초 전도체에 가깝지 않더라 하더라도

과학기술 진보에 기여를 한 것은 분명하다고 생각합니다!

 

한국뿐만 아니라 세계적인 과학자들도 집중하고 있는 만큼 더욱 파이팅 했으면 바람이네요!

 

다음시간에는 조금 더 심화하여 저온 초전도체를 설명했던 이론인 BCS이론과

상온/상압 초전도체가 개발된다면 일상생활이 어떻게 바뀌게 될 것인지에 대해 포스팅하겠습니다!

 

 

이상 흥. 재. 과였습니다!

 

혹시 힉스에 대해 궁금하신가요???

 

그렇다면 링크 클릭! 

↓↓↓

[신의 입자 : 힉스(Feat. LHC)] 

https://jungjr95.tistory.com/23

암흑물질 후보 3가지(Feat. 이휘소박사)