초전도 과학교실(양장본 Hardcover)

눈으로 보는 양자역학, 초전도

양자역학은 원자나 전자와 같은 작은 입자들의 움직임을 설명하는 학문이다. 이런 작은 것들이 만드는 세상을 눈으로 본다는 것은 불가능하다. 하지만 작은 것들이 만들어 내는 현상을 아주 쉽게 눈으로 볼 수 있는 과학이 있다. 그것은 바로 '초전도(Superconductivity)'다. 영구자석 위 공중에 뜨는 검정 물체, 초전도 공중부양은 양자역학이 만드는 독특한 과학현상이다. 그 안을 깊이 들여다보면 전자들이 짝을 이루어 춤을 추면서 원자 사이를 아무런 방해를 받지 않고 이동하며 어떤 때에는 불가능해 보이는 높을 장벽을 유유히 넘기도 한다. "그것이 가능한가?"라고 물리학자들이 묻는 사이에 100여 년 전에 발견된 초전도 현상은 다섯 차례나 노벨 물리학상을 수상했다.

이 책의 저자는 고온초전도체 연구가 노벨 물리학상을 수상하던 때인 1987년에 카이스트에서 학생신분으로 초전도 재료합성연구를 시작했다. 그 후 초전도 연구실에서 25년의 긴 시간을 초전도 현상을 연구하며 보냈다. "초전도"는 어느새 저자의 일상의 한 부분이 되어버렸다. 30년의 시간이 지나 그는 한국을 대표하는 세계적인 초전도 연구자이자 한국초전도학회의 회장이 되었다.

이 책은 초전도 재료 과학자인 김찬중 박사가 30년 동안 초전도 연구를 해 오면서 구상하고 실행했던 초전도 실험방법을 집대성한 책으로, 영구자석에 뜨는 초전도체, 완전 반자성 마이스너 효과, 양자화된 자기력이 초전도 완전반자성과 협력으로 만들어 내는 자력의 끈 현상, 공중에서 떠서 움직이는 초전도 자기부상 열차, 회전하는 초전도 물레방아 등"눈으로 보는 양자역학, 초전도 현상"의 30 가지 시연방법을 시연의 원리와 그 때의 초전도 상태의 설명과 함께 기술하고 있다.

이 책에 담겨 있는 내용이나 사진은 저자만이 보유하고 있는 독창적이고 독보적인 자료로, 초전도 현상을 시각적으로 이해하고 새로운 과학세상을 경험하고자 하는 청소년들에게 창의적 사고를 이끌어 주기에 부족함이 없다. 이 책은 영어로 번역되어 전세계 과학도의 과학 창의성 함양을 위한 교재로 사용될 것이다.

눈으로 보는 양자역학, '초전도(Superconductivity)' | 004

초전도 시연을 위해 알아야 할 기초지식

다섯 번의 노벨 물리학상 | 012

초전도(Superconductivity) - 제로저항 | 014

완전 반자성 - 마이스너 효과(Meissner effect) | 017

2종 초전도체의 (초전도+상전도) 혼합상태 | 026

고온 초전도체(High temperature superconductor) | 033

초전도체 냉각방법

무자기 냉각(Zero field cooling) - 완전 반자성 | 044

자기냉각(Field cooling) - 혼합상태 | 049

초전도체 공중부양 시연 ? 마이스너 완전 반자성

마이스너 완전 반자성 시연 - 자석의 배열 | 058

고리모양 자석 하나 | 062

접시저울로 재는 마이스너의 힘 | 065

여러 개의 영구자석을 연결한 자석 판 위에서의 부상 | 070

영구자석의 공중 부양 시연 ? 그림자 자속(Shadow flux)

2종 초전도체 - 그림자 자속(Shadow flux) | 080

그림자 자속 만들기 - 자기냉각(Field cooling) | 082

공중부양 - 수평 높이 조절 | 086

공중부양 - 수직 높이 조절 | 091

두 개의 달(Two moons) | 096

위치를 자유자재로 | 099

한 개의 영구자석 위에 초전도체 띄우기 | 105

물체를 띄우는 초전도체의 힘 | 112

공중에 뜬 쇠구슬 | 117

하늘로 오르는 천사 | 121

왕관(Crown)을 소유한 자 | 126

자기부상 자동차 | 130

공중에서 회전하는 물레방아 | 138

플럭스 피닝(Flux pinning)을 이용한 시연 ?자력의 끈

허공 위에 또 허공 | 146

초전도체 위 - 아래 | 154

초전도체, 자석 옆 공간에 매달리다 | 159

자력의 끈 - 유리컵 아래에 매달리다 | 167

계량 컵 이용 매달림 시연 | 173

컵 아래 영구자석, 그 아래 초전도체 | 182

고리 안에 갇힌 초전도체 | 189

자력의 끈 시연장치 만들기 | 192

컵 아래 매달린 유리병들 | 196

초전도 자기부상열차 | 203

에필로그

소품(小品) 하나 | 214

김찬중 저자 김찬중(金瓚中)은

1958년 경기도 기흥 출생.

1990년 "고온 산화물 초전도체 합성"연구로 한국과학기술원(KAIST) 재료공학과에서 박사.

1993년 미국 인디애나 노트르담 대학(University of Notre Dame)에서 박사후연구자(Postdoctoral Fellowship) 과정. 2010년 일본 동경 시바우라 공과대학(Shibaura Institute of Technology) 교환교수.

2013년 한국원자력연구원 영년직 책임연구원으로 선정.

2013년 코이카(KOICA) 과학기술 전문위원.

2014년 (사)나눔과기술 공동대표. 청소년 과학 강연자인 '과학기술 엠버서더(Ambassador)'.

초전도 네이버 카페 '꿈의 소재, 초전도(http://cafe.naver.com/supeconductor)'

운영자.

2017 한국초전도학회 회장

SCI 국제학술잡지에 초전도 관련 150여 편의 학술논문 게재.

저서로 《36.5도의 과학기술, 적정기술(2011년 허원미디어)》

《적정기술, 현대문명에 길을 묻다(2013년 허원미디어)》

세종우수학술도서 《꿈의 물질, 초전도(2015년 하늬바람에 영글다)》가 있다.