마이스너 효과가 무엇인지 설명해 주세요.

Question

특정 임계 온도 이하로 냉각된 초전도체는 전기 저항이 0이 될 뿐만 아니라 강력한 자석 위에 둥둥 떠 오르는 자기 부상 현상을 보입니다. 이를 마이스너 효과라고 부르는데, 마이스너 효과가 무엇인지 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

마이스너 효과는 초전도체가 임계 온도 이하로 냉각되어 초전도 상태로 변할 때, 물질 내부로 침투하려 하는 외부 자기장을 밖으로 밀어내어 내부 자기장을 완전히 0으로 만드는 현상을 말합니다. 이 현상에 대해 설명해 드릴게요.

외부에 자기장이 있는 상태에서 물질이 초전도 상태가 되면, 외부 자기장이 물질 내부를 통과하지 못하도록 초전도체 표면에 자동으로 유도 전류가 흐르기 시작합니다. 초전도체는 전기 저항이 정확히 0이기 때문에 이 표면 전류는 에너지 손실 없이 영구적으로 흐르는데, 이 전류가 만들어내는 내부 자기장은 외부에서 들어오는 자기장과 크기는 같고 방향은 정확히 반대가 되어, 결과적으로 초전도체 내부의 알짜 자기장은 완전히 0이 됩니다.

마이스너 효과에 의해 초전도체는 외부 자기장에 반발하는 강력한 반자성체로 변하고 자석의 N극이나 S극을 대더라도 초전도체 표면에는 이를 밀쳐내는 동일한 극의 자기장이 형성이 됩니다. 이 밀어내는 반발력이 초전도체와 자석 사이에서 작용하게 되고, 이 힘이 지구의 중력과 같아지는 위치에서 초전도체가 공중에 둥둥 뜨는 자기 부상 현상이 일어납니다.