저항

부도체/절연체

둘은 사실상 같은 것을 의미하나 사용되는 뉘앙스가 조금 다르다.

예를 들어 공기는 기본적으로 전류가 잘 흐르지 않는 절연체다.

다만 항상 그런 것은 아닌데, 전압이 임계 수치(약 30,000V)를 넘어가면 번개가 치는 등 잠시 도체처럼 작동할 수 있는데 이를 절연 파괴라고 한다.

이는 번개 같은 자연현상에서만 발생하는 것이 아니라, 만약에 발전소 등의 공간에서 인위적으로 전압을 높이면 여전히 발생할 수 있으며 이를 아크 플래시(arc flash)라고 칭한다.

구리선을 감싸는 데에 쓰이는 고무는 대표적인 부도체다.

굉장히 반직관적인 사실이지만, 사실 도선 내부의 전자는 전자기장을 형성하는 일종의 가이드라인 역할만 할 뿐이고 실질적인 에너지는 도선 외부에서 전선에 의해 형성된 전자기장을 타고 전달된다.

그럼에도 불구하고 피복을 만져도 감전되지 않는 이유는 전자가 인체 쪽으로 흐르지 않기 때문이며, 전선을 잡더라도 전자기장은 손을 무시하고 도선 내부에 형성된 가이드라인을 따라서만 움직인다.

그런 관점에서 봤을 때, 도선은 오히려 가이드라인을 잡아줄지라도 전자기장의 에너지 일부가 도선 내부로 파고들게 만들어 에너지를 유실시키는 효과를 낳고, 이는 곧 전선이 저항 역할을 하며 뜨거워지게 만든다.

저항값이 낮아 일반적으로 흔히 전기가 통하는 것으로 여겨지는 물질을 말한다.

대표적으로는 구리가 있다.

그러나 이 또한 저항값의 차이일 뿐이며, 부도체도 전기가 흐르게 만드는 전압이 있고, 전도체에도 어쩔 수 없이 있는 저항이 있다.

전선으로 흔히 쓰이는 것은 구리지만, 일반적으로 대부분의 금속은 도체 성질을 가진다.

조건에 따라 도체 성질도 가지고 부도체 성질도 가지는 걸 반도체라 한다.

대표적으로 규소(silicon)가 있다.

순수한 규소는 평소에 전기가 잘 흐르지 못하는 절연체와 비슷하다.

그러나 열을 가하거나 특정 불순물을 섞으면 전기가 흐르는 도체처럼 성질이 변해서 우리가 흔히 말하는 반도체(semiconductor) 제품으로서의 소재로 많이 쓰인다.

이론상 저항이 아예 존재하지 않거나 또는 거의 없는 물질을 말한다.

전류 자체가 열을 발생시키는 게 아니라 저항이 열을 발생시킨다는 점을 감안해 보면 초전도체의 장점이 얼마나 클지 예상할 수 있다.

우선 순수하게 에너지 손실율이 없기 때문에 그 점에서 이득이 크다.

그리고 저항으로 인한 발열도 발생하지 않기 때문에 쿨링할 필요성도 없어지고 화재의 위험 같은 것도 훨씬 덜하다.

일반적으로 초전도체의 성질을 구현하려면 섭씨 영하 200도 이하 수준의 극저온을 유지해야만 한다.

이는 당연히 특수한 환경에서 쓰일 수밖에 없으며, 사람들이 일반적으로 꿈의 초전도체라고 말하는 것은 초전도체 자체를 구현 못하는 게 문제가 아니라 일상적인 상온에서도 작동하는 초전도체를 의미하는 것이다.