학문
냉철한라마35
초전도체의 마이스너 효과와 완전 도전성 특성 질문
임계온도 이하로 냉각된 초전도체가 전기 저항이 완전 0이 되는 현상 외에도, 외부 자기장을 내부 밖으로 완전히 밀어내어 공중에 떠오르게 만드는 마이스너 효과의 원리가 궁금합니다.
5개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
마이스너 효과는 초전도체가 외부 자기장을 내부에서 완전히 밀어내는 현상입니다.
저항이 0인 것과는 별개로 초전도체 표면에 유도된 전류가 외부 자기장과 반대 방향의 자기장을 만들어 내부 자기장을 0으로 만듭니다. 이 반발력이 중력을 이기면 자석이 공중에 뜬답니다.
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채택된 답변안녕하세요. 박재화 전문가입니다.
초전도체를 임계온도 이하로 냉각하면 단순하게 저항이 0이 되는 것뿐 아니라 내부 자기장을 밀어내는 마이스너 효과라는 것이 나타납니다.
초전도 상태가 되면 표면에 차폐전류가 흐르면서 외부 자기장과 반대 방향의 자기장을 만들어 내부로 들어오는 자기장을 상쇄합니다. 그래서 초전도체 내부의 자기장이 크게 줄어들고, 외부 자석과 강하게 밀어내는 힘이 생길 수 있게 됩니다.
실제 제2종 초전도체에서는 자기장이 일부 소용돌이 형태로 침투할 수 있고, 이 자속이 고정되는 플럭스 피닝이 안정적인 자기부상에 중요한 역할을 합니다.
마이스너 효과는 단순한 완전 도전성과는 다른 초전도체 고유의 자기적 특성이고, 자기부상 현상의 핵심적인 원리라고 보시면 되겠습니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
초전도체는 단순히 전기 저항이 0이 되는 완전 도전성뿐만 아니라 외부 자기장이 침투했을 때 내부에 그와 반대되는 차폐 전류를 유도하여 자기장을 완전히 반사해 내보내는 완전 반자성을 띠는데 이 특성을 마이스너 효과라고 부릅니다 임계온도 이하로 내려간 초전도체 내부에서는 자기선속 침투가 거부되면서 내부 자기장이 항상 정확히 0으로 유지되며 이 과정에서 외부 자석의 자기장과 초전도체의 반발 자기장이 서로 맞부딪히며 강한 반발력이 발생합니다. 이 자기적 반발력이 초전도체나 자석의 중력을 이겨낼 만큼 충분히 크게 작용하면 초전도체는 외부 자석 위로 안정하게 공중 부양하게 됩니다 결과적으로 완전 도전성이 전류의 손실 없는 흐름을 보장한다면 마이스너 효과는 내부 자기장을 제로로 만들어 물리적 밀어냄을 일으키는 핵심 원리로 작용합니다
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
초전도체를 임계온도 아래로 식히면 표면에 얇게 전류가 흐르기 시작해요. 이 표면 전류가 외부 자기장과 반대 방향의 자기장을 만들어 내부 자기장을 0으로 지워요. 자기장은 표면에서 수십~수백 nm 깊이까지만 들어가고 그 안쪽은 비어 있어요.
저항이 0이라는 것만으로는 이 현상이 설명되지 않아요. 저항이 0인 완전도체는 내부 자기장을 처음 상태 그대로 유지하려고만 해요. 그래서 자석 옆에서 식히면 이미 들어와 있던 자기장이 그대로 갇혀요. 초전도체는 자기장 속에서 식혀도 들어와 있던 자기장을 스스로 밀어내요. 저항이 사라지는 것과는 별개로 초전도 상태가 따로 지닌 성질이에요.
이런 일은 전자들이 둘씩 짝(쿠퍼쌍)을 이뤄 물질 전체가 하나의 양자 상태로 움직이면서 생겨요. 이 상태는 내부에 자기장이 있으면 에너지가 높아져서 자기장을 내보내는 쪽이 더 안정해요.
자석을 가까이 가져가면 초전도체 안에 거울에 비친 것처럼 같은 극의 자석이 생긴 효과가 나타나서 서로 밀어내요. 이 반발력이 자석 무게를 이기면 공중에 떠요. 실험에서 자석이 기울지 않고 제자리에 머무는 건 자기장 일부가 재료 속 결함에 붙잡히는 자속 고정 현상이 함께 작용해서예요 :)
안녕하세요.
초전도체는 임계온도 아래에서 전기 저항이 거의 0이 되는 동시에 외부 자기장을 내부에서 밀어내는 마이스너 효과가 나타나요.
초전도 상태에서는 내부에 전류가 흐르면서 외부 자기장과 반대 방향의 자기장을 만들어 자기장이 내부로 들어오는 것을 막아요. 이 때문에 자석과 초전도체 사이에 반발력이 생기고, 조건이 맞으면 자석이 공중에 떠 있는 것처럼 보이게 되죠.
단순하게 전기가 잘 흐르는 물질이 아닌 자기장까지 배제하는 독특한 상태죠.
감사합니다.