초전도체는 어떻게 작동합니까?

초전도체의 작동 방식을 이해하려면 일반 도체가 먼저 작동하는 방식을 검사하는 것이 도움이 될 수 있습니다. 물과 금속과 같은 특정 물질은 전자가 정원 호스를 통한 물처럼 쉽게 통과 할 수있게합니다. 목재 및 플라스틱과 같은 다른 물질은 전자가 통과 할 수 없으므로 비전 도성으로 간주됩니다. 그것들을 통해 전기를 공급하는 것은 벽돌을 통해 물을 공급하는 것과 같습니다.

전도성으로 간주되는 재료 중에서도 실제로 통과 할 수있는 전기량에는 큰 차이가있을 수 있습니다. 전기적 관점에서이를 저항이라고합니다. 거의 모든 전기 전도체는 자체의 원자를 가지고 있기 때문에 저항이 있습니다. 전자는 와이어, 물 또는 기타 물질을 통과 할 때 전자를 차단하거나 흡수합니다. 약간의 저항은 전기 흐름을 제어하는 ​​데 유용 할 수 있지만 비효율적이고 낭비적일 수 있습니다.

초전도체는 저항에 대한 아이디어를 가지고 그것을 머리에서 켭니다. 초전도체는 일반적으로 이미 원자 수가 적은 납 또는 니오븀 티타늄과 같은 합성 물질 또는 금속으로 구성됩니다. 이 물질들이 거의 절대 0으로 얼어 붙으면 어떤 물질이 거의 반쯤 닳게됩니다. 이 모든 원자 활동이 없으면 전기는 실제로 저항이없는 물질을 통해 흐를 수 있습니다. 실제적으로, 초전도체가 장착 된 컴퓨터 프로세서 또는 전기 기차 트랙은 그 기능을 수행하기 위해 전기를 거의 사용하지 않습니다.

초전도체의 가장 명백한 문제는 온도입니다. 대량의 초전도 재료를 필요한 전 이점으로 과냉각시키는 실용적인 방법은 거의 없습니다. 초전도체가 예열을 시작하면 원래 원자 에너지가 복원되고 재료가 다시 저항을 만듭니다. 실용적인 초전도체를 만드는 비법은 실온에서 초전도성이되는 재료를 찾는 데 있습니다. 지금까지 연구원들은 고온에서 모든 전기 저항을 잃는 금속 또는 복합 재료를 발견하지 못했습니다.

이 문제를 설명하기 위해 표준 구리선을 물의 강으로 상상해보십시오. 한 그룹의 전자들이 그들의 목적지 상류에 도착하려고 시도하는 보트에 있습니다. 하류로 흐르는 물의 힘은 저항을 일으켜 배 전체 강을 통과하기가 더욱 어려워집니다. 보트가 목적지에 도착할 때까지, 많은 전자 승객들은 계속하기에 너무 약합니다. 이것은 일반적인 도체에서 발생하는 것입니다. 자연 저항으로 인해 전력이 손실됩니다.

이제 강이 완전히 얼었고 전자가 썰매에 있는지 상상해보십시오. 하류에 물이 흐르지 않으므로 저항이 없습니다. 썰매는 단순히 얼음을 통과하고 거의 모든 전자 승객을 안전하게 상류에 퇴적시킬 것입니다. 전자는 변하지 않았지만, 강은 온도에 의해 저항이 없도록 변경되었습니다. 상온에서 강을 얼릴 수있는 방법을 찾는 것이 초전도체 연구의 궁극적 인 목표입니다.