초전도체, 전도체, 반도체, 부도체에 대해서 알아보자. LK-99
최근 초전도체 물질을 한국이 찾아냈다 라는 기사가 매우 이슈가되고있습니다. 초전도체가 무엇인데 이렇게 핫한지, 왜 한국이 찾아내서 이슈가되는건지 등에 대해서도 기술을 잘 모르신다면 이해가 되지않으실껍니다. 이번글은 초전도체가 무엇이며 초전도체를 알면서 전도체, 반도체 등이 무엇인지 알아보도록 하겠습니다.
초전도체 이해하기 첫번째 도체가 무엇인가
기본적으로 초전도체, 전도체, 반도체, 부도체를 알기위해서는 전기공학으로 넘아가야합니다. ‘도체(Conductor)‘에 대해서 알아야하는데 도체란 전류를 한 방향 또는 여러방향으로 흐르게하는 물질의 한 종류를 말합니다.
도체의 종류로는 전기가 통하는 모든 물질이 해당됩니다. 금이될 수도 있고, 은이될 수도 있고, 구리가될 수 있고 이 광물을 기반으로 전지, 전선, 전구, 스위치, 가전제품등이 다 도체가됩니다. 그런데 이 도체는 문제가 있는데 바로 ‘저항’입니다.
초전도체가 핫한이유는 ‘저항
여러분은 치킨 한 상자를 배달을 시켰을때 치킨 한 상자가 고스란이 배달이 오는걸 이상하게 여기지않을껍니다. 그러나 전기에서는 도체를 통해 전기를 전달할때 손실없이 전기를 전달 할 수 없습니다. 그 이유가 저항때문입니다. 저항이란 전기의 흐름을 방해하는 요소를 이야기하는데 한가지 예를 들어봅시다.
기본적으로 전선은 구리를 많이씁니다. 그 이유가 구리의의 도전율은 100%입니다. 도전율은 전기를 흘렸을때 흐르기 쉬운 정도를 나타내는값입니다. 보통 은의 도전율은 106%, 구리는 100%, 금은 71.8%, 알루미늄은 62.7%, 텅스텐은 31.3%, 아연은 29.2% 정도 수준입니다. 그렇게 따지면 전선을 은으로 만드는게 좋지않을까요? 네 맞습니다. 전선을 은으로 만들면 당연히 도전율이 높아지겠지만 문제는 전선이 엄청 비싸질껍니다.
다시 본론으로 들어가서 전기가 잘 안흐르거나, 도전율이 낮거나 저항이 높으면 전기는 전달하는과정에서 에너지 손실이 발생합니다. 즉 치킨 한상자를 배달시켰는데 전달하는 과정에서 치킨집사장이 하나 빼먹고 배달하는 사람이 빼먹고 문앞아두었더니 지나가는사람이 빼먹고 주인한테 전달되는 형태이지요.
그래서 에너지효율이 낮은 가전제품을 보면 발열이 심합니다. 전기를 과하게 쓰는 이유에서도 발열이 생기겠지만 저항이 높으면 에너지효율은 떨어지고 저항때문에 발열이 생기게됩니다. 또한 전기의 흐름에서는 온도도 영향을 받습니다. 온도가 낮을수록 에너지 손실이 더욱 더 낮아집니다. 저항도 마찬가지고요.
여러분은 여기까지 도체, 저항, 전도율에대한 기본지식을 습득하였습니다. 그렇다면 이제 이 글의 본론으로 넘어가겠습니다.
초전도체, 전도체, 반도체, 부도체
- 초전도체 : 특정온도 이하에서 모든 전기 저항을 상실하는 물질
- 전도체 : 전기를 잘 통하는 물질(=도체)
- 반도체 : 도체와 부도체 사이의 영역에 속하는 것으로 특별한 조건에 의해서 전기가 통하는 물질(ex반도체에 열, 빛 등을 통해 전기전도값을 다르게 바꿀 수 있음)
- 부도체 : 전기가 통하지 않는 물체(유리, 에보나이트, 고무 등)
위에서 언급했던것 처럼 전도체, 반도체 등이 전기가 흐를때 에너지 손실율이 발생한다고 하였습니다. 초전도체는 특정온도에서 저항이 0이되는 물질을 말합니다. 1911년 네덜란드 물리학자 오너스에 의해 처음 발결되었습니다. 구리나 은과 같은 도체는 위에서도 언급했듯 온도가 낮아지면 저항도 감소한다고 언급하였습니다. 그러나 완전한 0이될수는없습니다.
초전도체의 경우는 다릅니다. 특정온도로 냉각하면 저항0이되어 완전한 도체가 됩니다. 여기서 좀 더 지식을 드린다면 이 초전도체 현장 저항이 0이된 완전한도체는 한번 발생한 전류는 에너지 손실없이 무한히 흐르며, 외부의 자기장을 배척하는 현상을 마이스너 효과라고합니다. 전기는 기본적으로 흐르면 주변에 자기장이 발생하는거 초등학교 과학시간에 배운거 아시죠?
초전도체가 중요한 이유
초전도체는 현재 영하온도의 특정조건에서만 나타나는 현상입니다. 그런데 이게 상온에서 가능하다하면 파급력은 장난아닙니다. 현재 인공지능의 발전을 위해 빅데이터를 구축하는데 빅데이터를 구축하기위해 초대형 서버실을 구축하고있습니다. 이 서버실에서 나오는 열기는 수영장물을 데울수 있는 수준입니다. 그러나 현실적으로는 이 열기를 잘 활용하기 힘듭니다. 오히려 이 열기를 식힐려고 에어컨을 틀고있지요.
만약 이 초전도체가 상용화가된다면 컴퓨터, 서버 등의 분야에서 에너지 손실없는 또는 자기부상 열차, 엘레베이터, 전기차 등 전기를 쓰는 모든 분야에서 에너지 손실이 발생하지 않기때문에 에너지차원에서는 엄청난 파급효과입니다. 그렇게되면 최소 지금 모든 전기, 전자 기기들의 성능은 몇배로 좋아질 것입니다. 그래서 초전도체를 물리학의 성배라고도 이야기하고있으며 사실상 노벨상은 기본적으로 수상할 것이라 말할 수 있지요.
아 물론 여러분들은 한가지 착각하지말아야할게 있습니다. 초전도체를 찾아낸게 중요한게아니라, 현재 초전도체를 구현하려면 영하 몇십도 몇백도의 환경을 만들어야하는데 이런다면 오히려 비용이 더 들기때문에 상용화를 못시키고 있습니다. 그런데 이번 이슈는 상온에서도 초전도체를 유지할 수 있는 LK-99라는 물질을 한국연구질이 개발했다해서 이슈인것입니다.
LK-99에 대한 논란
현재 큰 이슈는 LK-99의 검증입니다. 왜냐하면 현재는 LK-99 논문으로만 발표가 난 상태이며, 실험을 실시할 수 있는 내용만 있는 상태라 실제 검증이 되었는지 여부는 모릅니다. LK-99를 개발한 퀀텀에너지연구소 팀은 해당 논문을 투고한 학술지 측에서 요청이 있을때 샘플을 제공하겠다는 입장만 밝힌 상황입니다.
이 때문에 미국, 중국, 인도 등의 해외 연구자들도 빠르게 연구에 돌입한 상황입니다. 그래서 어느입장에서는 LK-99가 존재한다 또는 이론적으로 불가능하다 등의 이야기가 오고가고있습니다. 중국과 인도에서는 LK-99 논문만보고 해당 환경을 구현하였지만 성공하지 못하였다고하였습니다.
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