전국이 LK-99로 난리도 아닙니다. 아니 전 세계가 이 물질 하나로 들썩이고 있습니다. 그런데 정작 초전도체가 무엇인지 설명하라고 하면 난감해 질 수 있는데요. 그래서 오늘은 대략이라도 설명할 수 있게 초전도체에 대해 알아보고 설명하는 김에 전도체와 반도체 그리고 부도체까지 함께 정리해보겠습니다.
초전도체란?
전기가 잘 흐르는 물체를 전도체라고 하는데 초전도체는 잘 흐르는 정도가 아니라 저항이 `0`이므로
아무런 저항 없이 전기를 흐르게 하는 물체다.
학교 다닐 때 배웠던 것도 같은 전도체와 부도체를 잘 생각해 보세요. 전기가 통하는 물질을 전도체라고 하고 전기가 흐르지 않는 물질을 부도체라고 배웠던 것이 희미하게 기억이 날 것입니다.
그렇다면 초전도체는 전도체 중에서도 앞에 `초월 초(超)`를 붙여서 전기의 흐름에 저항이 0인 물질인 것입니다. 즉 전기가 흐르는 물질이지만 아무런 저항 없이 전기가 흐르는 물질입니다.
중요한 것은 저항 없다는 점인데, 매우 중요한 이야기이니 아래에서 따로 설명하기로 하겠습니다.
반도체와 차이점
반도체는 `절반 반半`을 써서 반은 전도체 반은 부도체의 성질을 띄는 물질입니다. 그래서 영어로도 `SEMI + CONDUCTOR`입니다. 물론 반도체라는 용어가 정확히 반이 도체이면서 반은 부도체의 성질을 띄는 것이라고 설명할 수는 없다.
이 글에서 반도체에 대한 자세한 설명은 생략하고 반도체는 본래 부도체이지만 어떤 외부적인 자극에 의해 도체의 성질을 갖는다 정도로만 정리하겠습니다.
초전도체가 엄청난 물질인 이유
전기 저항이 "0"이므로 100% 우리가 원하는 용도로만 전기를 사용할 수 있다.
자기장을 밀어내는 성질을 이용해 마찰력이 없는 자기 부상 교통수단을 만들 수 있다.
LK-99이 왜 그토록 세계적으로 큰 관심을 받고 있는 것일까? 초전도체가 실생활에 어떤 큰 이득이라도 있을까요?
이렇게 생각해 봅시다. 여러분이 하루 종일 손에 쥐고 사는 스마트폰을 생각해 보세요. 스마트폰을 사용할 때 영화 한 편을 보거나 게임을 좀 하다 보면 따뜻하다 못해 뜨거워진 스마트폰을 손에 쥐고 있을 텐데요. 이런 현상은 일종의 에너지의 낭비입니다.
왜냐하면 우리가 스마트폰을 사용하는 이유는 동영상을 시청하거나 게임을 하기 위해서지 따뜻한 손난로가 필요해서가 아닐 것입니다.(물론 추운 겨울에는 그럴 수도 있지만)
즉 스마트폰 배터리 양을 100이라고 가정하면 이 배터리에 충전된 모든 전기를 온전히 스마트폰 본래의 용도(통화, 동영상시청, 게임 등)에 활용해야 하는데 실상 우리가 원하지 않는 발열로도 사용이 되는 것입니다. 그리고 이 발열이 일어나는 이유가 전기의 흐름에 저항이 생기기 때문입니다.
전기의 흐름에 저항을 낮추기 위한 노력이 어느정도냐 하면 비싼 금을 회로 기판에 사용할 정도입니다. 많지는 않지만 금을 사용하는 이유 또한 현존하는 전도성이 가장 좋은 금을 사용해서라도 전기 흐름에 저항을 낮추어 효율을 높이는 데 있습니다.
하지만 초전도체 물질을 이용하면 발열이 전혀 없기 때문에 배터리에 충전된 전기를 온전히 우리가 원하는 용도로만 사용할 수 있으므로 배터리 사용시간을 획기적으로 늘릴 수 있습니다.
하루에 한 번 충전기에 연결해야 하는 것을 일주일에 한 번만 충전해도 된다거나 또는 엄청 작은 배터리를 탑재해도 지금과 같은 배터리타임을 갖는다고 생각해 보세요. 엄청난 일이 아닐 수 없습니다.
비단 이 이 것은 스마트폰만의 이야기는 아닙니다. 우리가 사용하는 모든 전자기기가 가지고 있는 문제인데요. TV, 컴퓨터 냉장고 등을 사용할 때 굉장한 에너지효율을 갖는 전자제품이 될 수 있다는 것입니다.
한 가지 더 획기적인 장점은 초전도체 상태의 물질은 자기장을 밀어내는 성질을 갖습니다. 즉 자석을 가까이 대면 밀어내버리는데요. 자석도 같은 극끼리 밀어내는 성질이 있지만 초전도체가 자석을 밀어내는 힘이 월등히 강하므로 몇 톤이나 되는 열차를 공중에 부양시킬 정도입니다.
이것이 여러분도 잘 알고 있는 자기 부상 열차인데요. 상온에서 초전도 현상이 일어나는 LK-99이 사실이라면 기존에 많은 돈이 들어가야 띄울 수 있었던 열차를 매우 저렴하게 공중에 부양시킬 수 있습니다.
자기 부상열차는 지면과의 마찰이 없기 때문에 매우 빠르게 이동할 수 있으므로 우리는 엄청 싼 가격에 그리고 매우 빠르게 자기 부상열차를 이용해서 원하는 목적지까지 갈 수 있다는 이야기가 되는 것입니다.
현재의 초전도체 구현의 한계 (LK-99이 엄청난 이유)
현재도 초전도체를 구현하는 일이 불가능하지 않습니다. 다만 문제는 초전도 현상이 극저온이거나 초고압에서 일어난다는데 있습니다. 하지만 우리가 살고 있는 상온 상압에서 초전도 현상이 일어나지 않으면 의미가 없는데요. 왜냐 하면 에너지 효율을 극대화하기 위한 초전도 현상을 만들기 위해 극저온이나 초고압 환경을 만든다면 배보다 배꼽이 커지는 일이 생겨나니 말입니다.
현재는 LK-99이 초전도체인가 아닌가 논란이 많지만 만약 초전도체물질이라는 가정을 해본다면 LK-99이 상온 상압에서 구현되었다는 점이 엄청난 것입니다. 일부러 에너지를 투입해서 극한의 저온 고압의 환경을 만들지 않아도 우리가 원하는 초전도현상이 일어나니 말입니다.
정리
만약 LK-99이 상온 상압에서 초전도현상이 나타나는 물질이라면 세상에는 또 한 번의 획기적인 변화를 맞이할 수 있는 기회입니다. 현재는 검증하는 초기 단계이지만 개인적으로 상온 상압에서 초전도현상이 일어나는 물체였으면 좋겠습니다.
그리고 혹시 초전도 물질이 아니더라도 현재 상온 상압에서 초전도 현상을 일으키는 물질을 만들기 위한 많은 연구가 진행되고 있는 만큼 빠른 시일 내에 의미 있는 성과가 나오리라 믿어 의심치 않습니다.
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