초전도성은 20세기 이전에는 존재하지 않았던 현상입니다. 그런 일이 가능할지도 모른다는 힌트나 징조는 없었고 의심도 거의 없었습니다. 그러나 앞으로 살펴보겠지만 초전도성 발견의 씨앗은 19세기 초에 심어졌습니다. 일단 초전도성이 발견되면 이를 설명하는 만족스러운 이론이 개발되는 데 거의 반세기가 걸리고, 다음 반세기는 그 효과에 대한 우리의 이해가 완전하지 않다는 것을 보여주는 놀라운 실험적 수수께끼를 던질 것입니다. 그럼에도 불구하고, 자체적으로 전류를 운반하는 이 초전도 와이어 코일은 전 세계 병원의 MRI(자기 공명 영상) 스캐너와 일본의 자기 부상 열차에서 매일 사용됩니다. 초전도성은 실제로 작동하며 연중 매일 생계를 유지합니다.
초전도가 정상적인 동작과 근본적으로 어떻게 다른지 확인하려면 다음을 고려하십시오. 와이어에 전류 가 흐르면 뜨거워지는데, 이를 발견한 19세기 Lancashire 양조업자 출신 과학자 James Prescott Joule의 이름을 따서 Joule heating이라고 알려진 현상입니다. 그 영향은 일반적으로 작지만 퓨즈에서는 원치 않는 큰 전류로 인해 발생하는 열로 인해 퓨즈 와이어가 녹아 회로가 끊어집니다. 퓨즈 차단은 극적인 효과이지만 모든 와이어가 충분히 얇으면 퓨즈처럼 작동합니다. 전선은 충분히 두껍게 만들어져서 전선이 흐르는 전류로 인한 열이 충분히 작아서 전선이 녹거나 끊어지지 않습니다. 전류가 흐를 때 와이어가 가열되는 이유는 무엇입니까? 이를 이해하려면 금속의 전하 운반체인 전자를 화난 꿀벌 떼로 생각하면 됩니다. 해류를 몰고 다니는 것은 벌떼를 미풍에 노출시켜 특정 방향으로 부드럽게 떠내려가는 것과 같습니다. 그래서 각 벌이 빠른 속도로 앞뒤로 돌진하더라도 벌떼 전체 가 미풍을 따라 표류 하게 됩니다. 그러나 꿀벌은 계속해서 사물과 부딪치고 나뭇가지와 울타리에 부딪히며, 각각 상처 없이 나오더라도 이러한 충돌은 에너지를 소산하고 꿀벌이 충돌하는 물체를 아주 약간 가열하는 역할을 합니다. 이것이 에너지의 전달이다.
전자 구름에서 주변 원자로
도시를 가로질러 발전소에 연결하는 수 마일의 전력 케이블을 가열하는 데 지구의 귀중한 에너지가 많이 낭비된다는 것을 의미합니다. 이러한 충돌은 가열 효과가 잘 활용되는 응용 분야인 주전자의 요소와 토스터의 전선을 가열하는 원인이 됩니다. 그러나 전원 케이블에서 주울 열은 에너지 낭비일 뿐입니다.
그러나 초전도체에서는 주울 열이 전혀 발생하지 않습니다. 마치 마찰이 꺼지고 성난 벌 떼가 아무것도 부딪히지 않고 정원을 부드럽게 유영하는 것 같습니다. 초전도체는 전기 저항 없이 전류를 흘릴 수 있으므로 다소 반직관적으로 전원을 공급하지 않고도 전류가 초전도체 코일을 계속해서 돌게 할 수 있습니다! 초전도체가 실온에서 작동하도록 만들 수 있다면 사람들의 가정에 전기를 공급하는 방식에 혁명을 일으키고 우리 기술에 많은 중요한 결과를 가져올 수 있습니다. Kamerlingh Onnes는 초전도성을 발견한 직후 이것을 깨달았고 초전도선을 만들어 코일로 감는 것을 구상했습니다. 그런 다음 이들은 큰 전자석 역할을 하여 구동할 에너지원 없이도 큰 자기장을 생성할 수 있습니다. 오늘날 이 꿈은 현실이 되었습니다. 병원 MRI 스캐너에 사용되는 대형 자석은 초전도 와이어 코일로 만들어집니다.
