한때, 큰 이슈가 되었던 초전도체에 변화가 있어서 정리해 봅니다.
전류는 전압을 저항으로 나눈 값임.
2. 전압이 같다면, 저항이 적을수록 더 많은 전류가 오래 흐를 수 있음.
3. 만약 저항이 0가 된다면, 계산상으로는 전기가 영원히 흐를 수 있게 됨.
4. 저항이 O인 도체를 초전도체(Superconductor)라고 부름.
5. 전기는 정지한 상태로 존재하는 전기와 움직이는 전기로 나뉘어 짐.
6. 정지한 상태로 존재하는 전기를 정전기(static electricity)라고 하는데, 겨울에 옷감등을 마찰할때 발생하는 정전기가 그것임.
7. 겨울에 정전기가 잘 생기는 이유는 건조해서이고, 여름에는 습기가 높기 때문에 정전기가 수증기에 의해 방전이 일어나서 쉽게 소멸되기 때문임.
8. 정전기는 전압이 1만볼트 이상으로 아주 높고, 전류도 꽤 나와서 쉽게 볼 전기는 아님.
9. 번개도 정전기에 의해서 생기는 현상임.
10. 생활속 정전기는 전압이 높아도 전류가 흐르는 시간이 극히 짧기 때문에 순간적으로 짜릿 할수는 있어도 다치는 경우는 잘 없음.
11. 보통 우리가 전기로 재해를 입는 것은 동전기(Dynamic electricity)임.
12. 동전기는 움직이는 전기로 전선을 따라서 흐르는 전기를 말함.
13. 물질은 상온에서 전기가 통하는 도체와 전기가 통하지 않는 부도체, 둘 사이를 오가는 반도체로 나뉘어 짐.
14. 전기가 잘 통하는 도체로 물이 있음.
15. 사람의 몸은 전기가 잘 통하는 물이 70%를 차지하고, 피속에는 철분까지 들어 있어서 전기가 잘 통하는 구조임.
16. 사람의 심장과 근육등은 정교하고 미세한 생체 전기신호로 움직이고 있기도 함.
17. 감전은 외부 전기가 몸속으로 들어오는 현상임.
18. 전기가 몸 안으로 들어오면, 생체 전기신호로 움직이는 근육이 외부 전기에 교란되어 마비가 되고, 움직일 수 없게 됨.
19. 감전이 되면, 온몸을 꼼짝할 수 없어서 혼자서 벗어날 수 없다는 말임.
20. 피해자가 근육이 마비되어 움직일 수 없는 상태에서 전기가 계속 공급되는 것임.
21. 몸에 전기가 계속 들어오면, 심장의 전기시스템이 교란되어 부정맥으로 죽거나, 혈액과 체액이 끓어올라 마르면서 타서 죽게 됨.
22. 피속에 들어있는 철분도 문제를 키움.
23. 전기가 잘 통하는 철분에 전기가 들어오면, 감전되는 부위에 가까운 피 속의 철분이 감전부위에 붙어버림.
24. 몸은 마비가 되었는데, 전기가 잘 통하는 철분이 전기가 들어오는 곳 부위에 붙어버리니 계속 감전상태가 지속되는 것임.
25. 흐르는 전류량에 따라 겪는 고통과 증상이 달라지는데, 50mA이상 전류가 흐르면 사망가능성이 높아짐.
26. 아래 표가 안전교육에 나오는 220V에 감전된 경우 전류의 크기에 따른 고통과 증상임.
27. 사람은 전기에 대한 인체 저항력을 가지고 있음.
28. 부위별로 저항력에 차이가 나는데 피부가 저항력이 가장 강해서, 감전이 되더라도 약간의 쇼크 정도로 버틸수도 있음.
29.하지만, 인체 저항은 땀 정도의 수분이 있으면 1/20로 줄어들고, 물에 젖거나 물속에서는 1/25까지 줄어들게 됨.
30. 물에 젖은 손으로 전기기구를 만지지 말라고 하는 이유임.
<인체의 전기 저항, 출처:KIRD>
31. 감전사고의 방지방법은 다양함.
32. 젖은 손으로 전기작업을 하거나, 전자기기를 만지지 말아야 하고, 메이커가 생소한 중국산 저가 전기제품등은 조심하는게 좋음.
33. 전기작업이 아니더라도, 욕실처럼 수분이 많은 곳에서는 전기를 조심하는게 좋음.
34. 생각보다 많은 사람이 욕실에서 헤어드라이어 감전사로 사망하고 있음.
35. 휴대폰 충전을 하면서 목욕을 하는것도 위험함.
36. 16세 소녀가 욕조에서 친구와 통화하다 전화기를 물에 떨어뜨려 감전사 하기도 함.
37. 작년에 목욕탕에서 이용객 3명이 사망한 것도 목욕탕의 욕조속이었고, 누설된 전기로 감전사를 한 것임.
38. 구미에서도 60대의 대중탕 주인과 40대의 아들이 욕탕 청소를 하는 과정에 두명 모두 감전사를 하는 일들이 생기고 있음.
39. 이렇게 전기가 잘 통하는 도체 중에서, 가장 전기가 잘 통하는 전기저항이 '0'인 것을 초전도체라고 부름.
40. 초전도체는 전기저항이 없어, 초전도체로 만든 회로 안에 전류가 흐르기 시작하면 영원히 흐를 수 있다는 계산이 나옴.
41. 초전도 현상은 1911년 네덜란드의 카메를링 오너스가 수은과 액체헬륨을 이용한 극저온 실험을 하던 중 처음 발견을 함.
42. 헬륨이 액화되는 4.2K(영하 269도 C)에서 수은의 전기저항이 갑자기 사라지는 것을 발견한 것임.
43. 물질이 초전도 현상을 보이는 온도를 임계온도라고 함.
44. 최초 발견된 임계온도는 4.2K(영하 269도)였음.
45. 카메를링 오너스는 이 발견으로 노벨물리학 상을 탐.
46. 이 발견이 알려지자, 과학자들이 비슷한 물질을 찾기 시작했고, 계속 초전도현상을 보이는 물질들이 발견되기 시작함.
47. 초전도 이론도 나옴.
48. 1957년 일리노이 대학의 쿠퍼,수뢰퍼,바딘 3명의 학자가 초전도 현상을 이론적으로 설명함.
49. 금속 안의 전자가 쌍을 이루면 초전도현상이 나타난다는 이론이었음.
50. 전자가 쌍을 이루는 것을 쿠퍼의 이름을 따서 쿠퍼쌍(Cooper pair)라는 이름이 붙음.
51. 이론은 다음과 같이 복잡함(이해 못 해도 내 머리에 문제가 있는게 아니라 정상임).
52. 같은 마이너스를 띄는 전자는 자석의 같은 극처럼 서로 밀어내는 성질이 있음.
53. 고체인 초전도체 안에서 원자핵과 전자는 서로 끌어당기고 있음.
54. 전자가 원자핵이 있는 곳을 통과하면 원자핵과 전자가 서로 끌어당기는 성질 때문에 원자핵은 전자를 향해서 이동을 하게 됨.
55. 원자핵의 이동속도가 전자보다 느려서,원자핵이 전자를 끌어당기기 전에 전자는 통과를 해버리는데, 다른 전자가 다가오는 것임.
56. 원자핵은 이미 지나간 전자와 새로 지나가는 전자를 모두 끌어당기게 되고, 이 힘에 의해서 두 전자가 쌍이 된다는 말임.
57. 초전도현상이 이런 쿠퍼쌍에 의해서 생긴다는 이론으로 BCS 이론이라고 부르게 됨.
58. BCS가 대단한 약어로 보이지만, 별게 아님.
59. 이론을 처음 정립한 일리노이대학 교수 바딘의 B, 쿠퍼의 C,슈리퍼의 S를 따서 만든 이름일뿐임.
60. 이들도 1972년 노벨물리학상을 탐.
61. 오너스가 4.2K에서 초전도현상을 발견한 이후, 점점 높은 온도에서 초전도현상이 발견되기 시작함.
62. BCS이론에 의하면 초전도현상이 일어날 수 있는 가장 높은 온도는 25K 정도가 나옴.
63. 1986년 취리히에 있는 IBM 연구소의 뮐러와 베르노츠는 35K에서 초전도현상을 보이는 금속산화물을 발견함.
64. BCS이론이 깨졌고, 이들도 1987년 노벨물리학상을 타감.
65. 초전도체는 노벨상 낳는 기계임.
66. 1987년에는 임계온도 97K가 발견됨.
67. 이제 남은 숙제는 상온(25도, 298K)에서 초전도가 되는 물질을 발견하는 것임.
68. 초전도체는 저항이 사라지는 것 외에도 여러가지 효과가 있음.
69. 외부 자기장이 초전도체 내부에 침투하지 못하는 마이스너 효과도 있음.
70. 외부 자기장이 초전도체 내부에 침투하지 못하니, 그 힘으로 물건을 밀게 됨.
71. 공중부양현상을 설명할 수 있는 효과임.
72. 아직 25K 이상에서 초전도가 일어나는 이유를 알지 못함.
73. 이유를 증명하면 이것도 노벨상 각임.
74. 휴대폰을 오래 사용하면, 휴대폰이 따끈따끈 해지는 것을 경험할 수 있음.
75. 전기에너지가 열에너지로 바뀌며 소모되는 현상임.
76. 초전도체는 저항이 없기 때문에 이런 에너지 손실없이 전기에너지를 사용할 수 있음.
77. 초전도체의 가장 잘 알려진 응용분야는 자기부상 열차임.
78. 자기부상열차는 초전도체와 전자석을 이용해서 열차를 지면 위로 부양해서 지면과 마찰 없이 운행하는 방식임.
79. 전자석에 자기력이 발생하여 부상하는 자기 부상은 전자석에 흐르는 전류의 양에 비례해서 무거운 물체를 띄우는 힘이 강해짐.
80. 저항이 있는 전선을 사용하면, 전기에너지가 열에너지로 바뀌기 때문에 전류를 계속 보충해 줘야 하는 문제가 있음.
81. 전자석의 전선을 초전도체로 만들면, 저항이 없기 때문에 한번 전력을 공급하면 전력이 손실 없이 계속 흐르게 되는 것임.
82. 초전도체는 전기 손실 없는 전력케이블, 핵 융합로, MRI, 열이 발생되지 않는 전자기기 등 사용범위가 무궁무진함.
83. 문제는 아직까지 초전도체를 작동시키려면 초저온이 필요하다는 점임.
84. 상온에서 초전도체가 되는 물질을 발견하면, 초전도체의 활용 범위가 무궁무진하게 넓어지게 됨.
85. 영화 아바타에서 인간들이 나비족 행성을 찾아가는 이유가 초전도체인 언옵티늄을 채굴하기 위함이고, 나비족 행성이 언옵티늄으로 구성되어 있기 때문에 공중에 떠 있다는 설정이 가능한 것임.
86. 작년에 고려대 출신 연구원들이 있는 연구소에서는 400k이하에서 초전도현상을 발견했다는 논문을 발표함.
드디어, 2편에서 계속.
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