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가정용 비디오 방식(, 브이에이치에스)은 카세트를 이용하여 동영상을 기록하고 재생할 수 있도록 만들어진 표준 규격이다. 1970년대 중반부터 2000년대 초반까지 홈비디오의 표준으로 전성기를 구가하였다.
JVC사가 1976년 9월 발표하였다. 발표 초기에는 소니사의 베타맥스 규격과 경쟁하였으나, 이후 대부분의 가정에서 VHS 규격만 사용하였다. 베타맥스 방식에 비해 테이프의 움직임이 간단하고 기록 시간이 길다는 장점이 있다.
1970년대에 비디오 포맷 전쟁이 일어났다. 이 때 VHS와 함께 가장 높은 경쟁력을 보인 포멧이 베타맥스였으나, VHS는 베타맥스의 대중성 경쟁에서 승리하여 우위를 점하는데 성공했다. 1985년 베타맥스는 공식적으로 패배를 선언했으며 2002년 베타맥스 형식의 비디오테이프 생산이 중단됐다. 이미 1980년대 후반부터 미국의 비디오 시장에서 베타맥스는 소수의 위치를 점하였으며, 미국의 메이저 영화사들도 VHS 방식으로만 비디오를 발매했다.
VHS는 1970년대부터 2000년대까지 가정용 비디오의 표준으로 대중들에게 사용되며 높은 판매량과 대중성을 기록했다. 특히 비디오 시장의 발달에 따라 파생된 비디오 대여업이 큰 인기를 끌면서, 2000년대 중반까지 큰 흥행사업으로 자리잡았다. 대표적인 비디오 대여 프렌차이즈로는 미국의 블록버스터, 대한민국의 영화마을과 씨네타운이 있다. 그러던 1990년대 후반, 디지털 방식의 DVD가 등장했고 2000년대 초반부터 차세대 영상매체로 각광을 받으며 VHS의 자리를 위협했다. 2003년 기준, 미국의 비디오 시장에서 DVD는 VHS의 판매 / 대여량을 처음으로 역전했으며 대한민국에서도 2000년대 중반부터 DVD가 대중적으로 보급되면서 DVD 포멧의 비디오 대여도 활발하게 이루어졌다. 그러나 VHS는 DVD의 빠른 성장에도 불구, 여전히 높은 대중성을 보이며 비디오 시장에서의 위치를 점했으며 2000년대 초중반은 DVD와 VHS의 양대 포멧이 자리잡아 비디오 시장의 부흥을 이끌었다.
2000년대 후반부터 비디오 시장은 초고속인터넷의 발전에 따른 불법 다운로드와 VOD의 발달, PMP 등 디지털 영상매체의 발달로 하락세를 타게 되었고 VHS는 이에 큰 타격을 입었다. 디즈니, 픽사, 20세기 영화사 등 미국의 할리우드 메이저 영화사들은 2007년 출시작부터 VHS 발매를 중단하였으며 DVD로만 발매하기 시작했다. 2000년대 후반은 비디오 시장의 황혼기로, VHS와 DVD는 비디오 시장의 쇠퇴 속에서도 여전히 대중들에게 사용되었으며 비디오 대여업 역시 이 시기부터는 만화방, 책방과 합쳐진 멀티 대여점 형태로 운영 방식을 전환하게 된다.
1980년대부터 2000년대까지 DVD의 등장과 초고속인터넷의 발달에도 살아남았던 VHS는 2010년대에 들어 휴대전화가 대중화되면서 시장에서 완전히 퇴출, 더 이상 영상매체로서 사용되지 않게 되었다. 한 때 VHS를 대체할 차세대 영상매체로 각광받은 DVD마저도 휴대전화의 등장과 함께 영상매체로서의 가치를 잃고 몰락하며 비디오 시장은 2010년대를 기점으로 완전히 사양길에 접어들었다. 휴대전화의 발전과 함께 몰락한 비디오 시장의 빈 자리는 유튜브, 넷플릭스로 대표되는 OTT 서비스가 대체했다.
대한민국에서는 더 이상 VHS 방식 영화 카세트를 출시하지 않고 있으며 또한 VHS 전용 장치는 이미 생산이 중단된 상태이고 현재는 DVD 콤보 장치에 장착되어 판매되고 있을 뿐이다.
VHS 카세트 안에는 12.7mm의 넓이를 갖는 자기 테이프가 들어있다. 일반적으로 재생할 때는 NTSC 방식의 경우 초당 3.335cm, PAL 방식의 경우 초당 2.339cm의 속도로 테이프가 움직인다.
일반적으로 사용되는 표준 모드(SP) 외에도 LP모드, EP모드로 동영상을 기록할 수 있으며 이 때는 테이프의 속도를 1/2 혹은 1/3로 떨어뜨려 더 많은 동영상을 기록하는 것이 가능하다. 다만 테이프의 속도가 느려질수록 저장된 동영상의 화질이 낮아지는 문제가 생긴다.
다른 매체와의 비교.
아래에는 오늘날 쓰이는 다양한 매체를 디지털 수치로 나열한 것이다. 아래에는 잘 알려진 포맷만 나열하고 있으며 실제 화질은 기계마다, 또는 테이프마다 다양하므로 모든 값은 근사값이다. 비교를 쉽게 하기 위해, 모든 값은 NTSC 시스템을 기준으로 하고 있으며, 가장 낮은 화질에서 가장 높은 화질까지 오름차순으로 나열하였다. (PAL 시스템의 경우, 480을 576으로 바꿔서 이해할 것)
테이프 길이.
혼동을 피하기 위해, 제조업체들은 분 단위로 시간을 표기하고 있다. 비어 있는 T-XXX 테이프를 PAL 기기에, 비어 있는 E-XXX 테이프를 NTSC 기기에 완벽하게 녹화하여 재생할 수 있지만 재생 속도는 표기한 바와는 다를 수 있다.
초전도 현상(超傳導現象, )은 임계 온도(critical temperature,Tc) 이하의 초저온에서 금속, 합금, 반도체 또는 유기 화합물 등의 전기 저항이 갑자기 0이 되어 전류가 장애 없이 흐르고 외부 자기장과 반대방향의 자기장을 형성하는 반자성(diamagnetism)을 띄게 되는 현상을 가리킨다. 이러한 초전도 현상이 일어나는 물질을 초전도체(超傳導體, )라고 부른다. 초전도 현상이 일어나는 물질은 외부 자기장을 밀쳐내거나 전기 전류가 흐르는데 저항이 발생하지 않는 등의 성질을 보이는 것으로 대체로 그 물질의 온도가 영하 240˚C 이하로 매우 낮거나 구리나 은과 같은 도체의 경우에는, 불순물이나 다른 결함으로 인해 저항이 어느 값 이상으로 감소하지 않는 한계가 있다. 절대영도 근처에서도 실제 구리 시료의 저항은 0이 아닌 값을 가지게 된다. 반면 초전도체의 저항은 온도가 "임계 온도" 값보다 아래로 내려가면 갑자기 0으로 떨어진다. 초전도 전선으로 된 고리를 흐르는 전류는 전원 공급 없이도 계속 흐를 수 있다. 강자성이나 원자 스펙트럼 준위처럼, 초전도는 양자 역학적인 현상이다. 초전도는 단순히 고전 물리의 이상적인 "완전 도체"(perfect conductor) 개념으로는 설명될 수 없는 현상이다.
초전도는 다양한 종류의 물질에서 나타나는데, 주석이나 알루미늄과 같이 한가지 원소로 된 물질에서도 일어나고, 다양한 금속 합금이나 도핑된 세라믹 물질에서도 나타난다. 한편 초전도는 금이나 은과 같은 귀금속에서는 나타나지 않으며, 순수한 강자성 금속에서도 나타나지 않는다.
1986년에는 구리-페로브스카이트(perovskite) 계 세라믹 물질에서 임계 온도가 90 K(켈빈)을 넘는 고온 초전도체가 발견되었는데, 이 때문에 초전도체 연구가 다시 활성화되는 계기가 되었다. 순수한 연구 주제로서, 이런 물질들은 초전도체를 설명하는 기존 이론으로는 설명되지 않고 있다. 게다가, 초전도 상태가 경제적인 면에서 중요한 기준이 되는 온도인 액체 질소의 비등점 (77 K)보다 높은 온도에서도 나타남에 따라, 좀 더 많은 상업적 응용 가능성이 열리게 되었다.
그러나 한편으로는, 물질이 무엇이냐에 상관없이 초전도체이면 공통적으로 가지는 성질들이 있다. 예를 들면 모든 초전도체는 자기장이 없을 때 작은 전류에 대해 정확히 0인 전기 저항을 가진다. 이러한 '공통적인' 성질은 초전도성이 하나의 열역학적인 상이며, 물질의 미시적인 구조에 독립적인 특정한 성질을 가진다는 것을 암시한다.
시료의 전기적인 저항을 측정하는 가장 간단한 방법은 그 물질을 전기 회로에서 전류원과 직렬로 연결한 뒤 전류 I를 공급하고 시료 양단에 인가되는 전압 V를 측정하는 것이다. 시료의 저항은 옴의 법칙에 따라 formula_1로 주어진다. 만약 전압이 0이라면, 이것은 저항이 0임을 의미하며 그 시료는 초전도 상태에 있는 것이라고 할 수 있다.
또한 초전도는 전압이 인가되지 않은 상태에서도 전류를 유지할 수 있다. 이런 성질은 자기공명영상과 같이 초전도 전자석을 이용하는 곳에서 사용된다. 실험에 의하면 초전도 코일은 측정 가능한 감소 없이 전류를 몇 년씩 유지할 수 있는 것으로 나타났다. 실험에 의하면 이런 전류의 유효 수명은 최소한 10만 년이며, 이론적으로는 우주의 수명보다도 길 것으로 평가된다.
일반적인 도체에서는, 전류는 전자가 무거운 이온 격자 사이를 움직여 가는 것으로 표현된다. 전자들은 이온과 격자에 계속 충돌하며, 각각의 충돌에서 전류에 의해 전달되던 에너지의 일부가 격자로 흡수되고 열로 변환된다. 이것이 이온 격자의 운동에너지이다. 결과적으로 전류에 의해 운반되던 에너지는 점점 흩어진다. 이것이 전기적 저항이 일어나는 현상이다.
초전도체에서는 상황이 다르다. 일반적인 초전도체에서 전류의 흐름은 각각의 전자의 움직임으로 분리될 수 없다. 그 대신 전자는 쿠퍼 쌍으로 묶이며, 이는 포논의 교환에 의한 전자들 사이의 인력으로 생긴다. 양자역학에 의해, 쿠퍼 쌍의 흐름은 에너지 스펙트럼에서 띠틈을 만들어내는데, 이는 전자의 흐름을 흥분시키기 위해서는 최소한 "ΔE"만큼의 에너지가 필요함을 의미한다. 그러므로, 만약 "ΔE"가 "kT"로 주어지는 격자의 열 에너지보다 크다면 ("k"는 볼츠만 상수이고 "T"는 온도이다), 전자는 격자에 의해 산란되지 않게 된다. 그러므로 쿠퍼 쌍은 초유체를 이루며, 이는 에너지 손실없이 흐를 수 있다는 것을 의미한다고 볼 수 있다.
모든 종류의 고온 초전도체를 포함하는 2종 초전도체는 초전도 상전이의 근방에서 전류가 그 전류로 인해 발생할 수도 있는 강한 자기장과 함께 가해졌을 때 아주 작은 양의 비저항을 보인다. 이것은 전자 초유체의 소용돌이(vortex)에 의한 것으로서, 전류에 의해 전달되는 에너지의 일부를 흩뜨린다. 만약 전류가 충분히 작다면, vortex는 정지해있고 비저항은 사라진다. 이 효과에 의한 저항은 초전도체가 아닌 물질이 보이는 저항에 비하면 아주 작지만, 민감한 실험을 할 때에는 고려해야 한다. 그러나, 온도가 초전도 상전이에서 더 멀어짐에 따라, 이러한 와동들은 불규칙하지만 고정되어 있는 "와동 유리"()라는 상으로 변할 수 있다. 이러한 와동 유리 상전이 온도 아래에서는 초전도체의 저항이 0이 된다.
초전도 상전이.
초전도 상태는 물질의 온도가 초전도 상전이가 일어나는 임계 온도 "Tc"이하로 내려갈 때 나타난다. 임계 온도의 값은 물질에 따라 다르다. (고온 초전도체가 아닌) 일반 초전도체들은 보통 20 K에서 1 K 이하까지의 값을 가진다. 예를 들어 고체수은은 4.2 K의 임계 온도를 가진다. 현재까지 발견된 (고온 초전도체가 아닌) 일반 초전도체들의 임계온도는 2001년에 발견된 이붕화 마그네슘에서 보이는 39 K이 최고이다. (단 이 물질이 보여준 성질 때문에 이붕화 마그네슘을 일반 초전도체로 분류할 것이냐에 대해서는 논란이 있다.) 구리계 초전도체는 훨씬 높은 임계 온도를 가지는데, 최초로 발견된 구리계 초전도체 중의 하나인 YBa2Cu3O7의 임계 온도는 92 K이며, 수은을 포함한 구리계 초전도체는 임계온도가 130 K을 넘는 것도 있다. 이런 높은 임계 온도에 대한 확실한 이론적 설명은 알려져 있지 않다. 일반 초전도체는 포논의 교환에 의한 전자 쌍의 형성으로 설명되지만, 최근 발견된 고온 초전도체에 대해서는 이 설명이 맞지 않는다.
초전도성이 나타날 때는 다양한 물리량의 갑작스런 변화가 수반되는데, 이것은 상전이의 특징이다. 예를 들어, 전자에 의한 비열은 일반적으로 온도에 1승에 비례한다. 그러나 초전도 상전이를 할 때에 비열값은 갑자기 뛰어오르고 그 이후로는 더 이상 1승에 비례하지 않고 "e"−α /"T"에 비례하게 된다. (α는 물질에 따라 정해지는 상수) 이런 양상은 띠틈의 존재에 대한 증거이다.
초전도 상전이의 상전이 차수는 논란의 대상이다. 실험 결과로 보면 초전도 상전이들은 잠열이 없는 2차 상전이인 것으로 보인다. 그러나 1970년 대의 계산에 의하면 초전도 상전이는 1차 상전이인데 전자기장의 장거리 요동에 의한 효과 때문에 약하게 보이는 것일 수도 있다. 최근에서야 무질서 장 이론(disorder field theory)의 도움으로 소용돌이 끈(vortex line)이 초전도성에 중요한 역할을 하며, 초전도 상전이는 type I 영역에서는 1차이고 type II 영역에서는 2차이며 두 영역은 삼중점에 의해 분리된 것이 보인 바 있다.
마이스너 효과.
초전도체가 약한 외부 자기장 H 안에 놓이게 되면, 자기장은 초전도체를 완전히 투과하지 못하고 대략 두께 "λ"만큼만 투과하게 된다. 이 두께를 런던 투과 깊이()라고 하는데, 초전도체에 들어간 자기장은 이보다 더 깊은 곳에서는 급격히 감쇄하여 0이 된다. 이것을 마이스너 효과라 하며, 초전도체의 중요한 성질 중의 하나이다. 대부분의 초전도체의 경우에 런던 투과 깊이는 100 nm 정도이다.
마이스너 효과는 때때로 이상적인 도체에서 나타나는 반자성의 일종과 혼동하기 쉬우나, 다른 효과이다. 렌츠의 법칙에 따르면, 전도체에 변화하는 자기장이 가해지면 전도체 전류가 유도되면서 가해진 자기장의 반대 방향으로 자기장이 생긴다. 이상적인 도체에서는 흐를 수 있는 전류의 값에 제한이 없으며, 이 전류로부터 유도된 자기장은 외부에서 가해진 자기장을 정확히 상쇄시킨다. 그러나 초전도체는 자기장이 변화하든 변화하지 않든 모든 종류의 자기장을 밀쳐낸다. 즉, 일정한 자기장이 가해지고 있더라도 자기장을 밀쳐낸다. 물질이 임계 온도 이하로 냉각되면, 물질의 내부 자기장이 갑작스레 밀쳐지는 현상이 나타나는데, 이것은 렌츠의 법칙과 무관하다.
마이스너 효과는 프리츠 론돈()과 하인츠 론돈() 형제가 이론적으로 설명하였다. 초전도체에서 전자기적 자유 에너지는 아래와 같은 경우에 최소화가 된다.
여기서 formula_3는 자기장이고, formula_4는 런던 투과 깊이이다. 이 방정식을 런던 방정식이라고 하며, 이에 따라 초전도체의 자기장이 표면에서 속으로 들어감에 따라 지수급수적으로 감소하게 된다.
마이스너 효과는 외부에서 가해지는 자기장이 너무 크면 파괴된다. 초전도체는 이 파괴가 어떻게 일어나느냐에 따라 두가지로 구분된다. 제 1종 초전도체에서는 가해진 자기장이 어떤 임계값 "Hc" 이상이 되면 갑자기 깨어진다. 샘플의 모양에 따라서, 샘플이 자기장을 포함하는 중간 상태와 샘플이 자기장을 포함하고 있지 않은 초전도 상태가 혼합되어 있다. 반면, 제2종 초전도체에서는, 외부 자기장이 "H""c"1보다 큰 값이 되면 물질이 자기 선속이 물질을 통과하지만 전류가 크지 않은 한 저항값이 0인 상태가 지속되는 혼합 상태가 된다. 자기장이 두 번째 임계 자기장인 "H""c"2보다 커지면 초전도성이 파괴된다. 혼합 상태는 사실 전자 초유체에 있는 와동(vertex)에 의해 생겨나며, 이 와동에 의한 자기 선속은 양자화된다. 이 양자를 플럭손()이라고 한다.
런던 모멘트.
반대로, 회전하는 초전도체는 스핀 축 방향으로 정확하게 정렬된 자기장을 만들어 낼 수 있다. 이 효과는 런던 모멘트(London moment)라 불리는데, 중력 탐사 위성 B()에 잘 사용되었다. 이 실험은 네 개의 초전도 자이로스코프의 스핀 축을 결정하기 위해 이 자이로스코프들의 자기장을 측정하였다. 이것은 실험에 매우 필수적이었는데 왜냐하면 구의 스핀 축을 정확하게 구할 수 있는 몇 안되는 방법 중의 하나였기 때문이다.
초전도체의 발견 이래 초전도체의 원리를 설명하기 위해 많은 노력이 있어 왔다. 1950년대에, 이론 응집물질물리학자들은 한 쌍의 중요한 이론에 의해 ‘’일반적인’’ 초전도체에 대한 확고한 이해에 도달했다고 생각했었다. 이 두 이론은 현상론적인 긴즈부르크-란다우 이론 (1950)과 미시적인 BCS 이론 (1957)이다. 1986년 bcs이론에서 불가능하다 여겨졌던 30K 이상의 임계온도를 가지는 초전도체가 발견된 이후 bcs 이론에 대한 의문이 커졌고. 그러므로 고온초전도체는 물론이고 금속 초전도체에도 적용될 수 있느냐 하는 의문에 논쟁의 여지가 있다. 초전도이론은 확정된 것이 아니고 완전하게 열려있는 상황이라 하겠다.
에너지 띠틈.
초전도체와 일반 고체(부도체 혹은 도체) 사이에 상전이가 일어날 때에는 전기전도도가 무한대가 되는 것과 함께 전자들의 에너지 분포가 바뀐다. 일반 도체일 때에는 전자의 에너지 준위가 페르미 에너지 준위를 중심으로 연속적으로 분포한다. 즉, 전자는 페르미 에너지를 중심으로 어떠한 에너지 값을 가져도 된다. 하지만 초전도체에서는 페르미 에너지 준위를 기준으로 약간 위와 약간 아래에 전자가 존재할 수 있는 영역이 한정적으로 허용된 전자의 에너지 띠에 띠틈이 있다. 이는 초전도체 시료를 주사 터널 현미경으로 전기전도도의 미분값을 관찰하여 얻을 수 있다. 또한 1990년대 이후 연구된 고온 초전도체의 경우에는 초전도 현상을 보이지 않는 온도 범위에서도 이러한 띠틈이 존재한다. 이를 유사틈()이라고 부른다. 이 유사틈이 상온초전도에서관련이 있어보여 매우 중요하다.
최초의 초전도체는 1911년 헤이커 카메를링 오너스가 고체 수은의 저항을 당시 발견된 액체 헬륨을 이용하여 저온에서 측정하는 도중 발견하였다. 4.2 K의 온도에서 그는 저항이 갑자기 사라지는 것을 관찰하였다. 이후 초전도체는 여러 다른 물질에서 발견되었다. 1913년 납의 초전도가 7 K에서 발견되었고, 1941년에는 질화 나이오븀(NbN)의 초전도가 16K에서 발견되었다. 초전도체를 이해하는 그 다음 중요한 진전은 1933년 발터 마이스너와 로베어트 오흐젠펠트()가 마이스너 효과로 알려진 초전도체가 자기장을 밀쳐내는 것을 발견한 것이었다. 1935년 프리츠 론돈()과 하인츠 론돈()은 마이스너 효과가 초전도 전류가 운반하는 전자기적 열역학적 자유 에너지를 최소화하려는 데에서 나타난다는 것을 보였다.
1950년에, 레프 란다우와 비탈리 긴즈부르크가 초전도체의 현상론적인 모형인 긴즈부르크-란다우 이론을 발표하였다. 란다우의 2차 상전이 이론을 슈뢰딩거 방정식과 결합시킨 이 이론은 초전도체의 거시적 성질을 설명하는 데 큰 성공을 거두었다. 한편으로는, 알렉세이 아브리코소프는 긴즈부르크-란다우 이론이 초전도체가 제 1종과 제 2종으로 불리는 두 종류로 구분됨을 예측하였다. 아브리코소프와 긴즈부르크는 그들의 공로로 인해 2003년 노벨상을 수상하였다. (란다우는 1968년 사망하였다.) 또 1950년에는 맥스웰과 레이놀즈 등이 초전도체의 임계온도는 그 구성 원소의 동위원소 질량에 따라 변할 수 있음을 보였다. 이 동위원소 효과 발견은 당시에 전자-포논간 상호작용이 초전도 현상의 미시적 메카니즘임을 오도하게 하였다.
1957년에 존 바딘과 리언 쿠퍼, 존 로버트 슈리퍼는 초전도 현상을 미시적으로 설명하는 이론인 BCS 이론을 제안하였다. 이는 발견자들의 이름 머릿자를 딴 것이다. 니콜라이 보골류보프 또한 1958년에 독립적으로 기본적으로 같은 이론을 발표하였다. 이 BCS 이론은 초전도 전류를 쿠퍼 쌍의 초유체로 설명하였다. 쿠퍼 쌍은 포논의 교환에 의해 상호작용하는 전자들의 쌍이다. 1972년 저자들은 이 업적으로 노벨상을 수상하였다. BCS 이론은 1958년 니콜라이 보골류보프가 원래는 여러 가지 논증으로 유도되는 BCS 파동함수가 전자의 해밀토니언을 정준변환하여 얻어질 수 있음을 보임에 따라 서로 강한 연관이 있음을 보였다. 1959년에 레프 페트로비치 고리코프()는 BCS 이론이 임계 온도 근처에서 긴즈부르크-란다우 이론으로 환원됨을 보였다.
1962년 웨스팅하우스 회사는 최초의 상업용 초전도 전선을 나이오븀-타이타늄 합금을 사용하여 개발하였다. 같은 해에 브라이언 데이비드 조지프슨은 초전도 전류가 얇은 부도체 층으로 분리된 초전도체 사이를 흐를 수 있다는 중요한 이론적 예견을 하였다. 조지프슨 효과라 불리는 이 현상은 초전도 양자 간섭 장치와 같은 초전도를 사용하는 기계에 이용된다. 초전도 양자 간섭 장치는 양자 자기 선속( formula_5, 이 값의 역수를 조셉슨 상수라 함)을 가장 정확하게 측정하는 데 쓰인다. 또한 양자 홀 비저항(Quantum Hall resistivity) 값(폰 클리칭 상수, formula_6)과 결합하여 플랑크 상수 "h"를 측정하는 데에도 쓰인다. 조지프슨은 이 연구로 1973년 노벨 물리학상을 받았다.
1986년까지 물리학자들은 BCS 이론에 의하면 30 K 이상에서 초전도성을 보이는 것이 불가능하다고 믿었다. 그러나 1986년 요하네스 게오르크 베드노르츠와 카를 알렉산더 뮐러는 란타넘 구리계 페롭스카이트 물질에서 초전도를 발견하였으며 그 임계 온도는 35 K이었다. 이들은 이 연구로 1987년 노벨 물리학상을 수상하였다. 곧 우(M. K. Wu) 등이 란타늄을 이트륨으로 치환하여 YBCO를 만들었는데, 그 임계온도가 92 K에 이르렀다. 이것은 냉각제로 사용되는 액체 질소의 기화점인 77 K보다 높은 온도라는 점에서 중요한 것이었다. 이것은 상업적으로 중요한데 왜냐하면 액화 질소는 원재료 걱정없이 값싸게 어디서나 생산할 수 있으며 액체 헬륨을 수송할 때 나타나는 문제점인 고체 에어 플러그 등의 문제에서 자유롭기 때문이었다. 그 이후로 많은 다른 구리계 초전도체가 발견되었으며, 이 물질들이 보이는 초전도에 대한 이론적 설명은 응집 물질 물리 분야의 가장 도전적인 과제가 되었다.
2008년 2월에는 철에 기반한 고온 초전도체가 발견되었다. 도쿄 공업 대학의 호소노 히데오()는 란타넘-산소-불소-철-비소 화합물 (LaO1-xFxFeAs), 즉 oxypnictide에서 초전도를 26 K에서 발견하였다. 이어진 다른 그룹의 연구는 LaO1-xFxFeAs의 란타늄을 세륨, 사마륨, 네오디뮴, 프라세오디뮴 등 다른 희토류로 치환하였을 때 임계 온도가 52 K까지 높아짐을 발견하였다. 이와 유사한 AFe2As2구조를 가진 철-비소 기반 초전도체 또한 보고되었다. 전문가들은 다른 계열의 초전도를 연구함으로써 구리계 초전도체에 대한 이론도 이끌어 낼 수 있을 것으로 기대하고 있다.
초전도체를 분류하는 기준은 여러 가지가 있다. 대표적인 것으로는 다음이 있다.
1종/2종 초전도체.
물리적 성질을 기준으로, 초전도체는 1종 초전도체()와 2종 초전도체()로 분류된다. 1종 초전도체는 상전이가 1차 상전이를, 2종 초전도체는 2차 상전이를 보인다.
발견 초기의 단원자 저온초전도체들은 대부분 1종 초전도체로 알려져 있고, 대부분 화합물 초전도체를 비롯하여 모든 산화물 고온초전도체들은 II-형(Type-II) 초전도체로 알려져 있다. 1종 초전도체와 2종 초전도체의 구분은 자기장-온도 상전이 형태에서 쉽게 그 차이점을 발견할 수 있다.
1종 초전도체는 어떤 온도상태에서 열역학적 임계자기장(Hc)이 존재하며, 임계 자기장을 경계로 정상 상태와 초전도 상태로의 전이가 일어난다. 이때 임계자기장 이하의 초전도 상태는 초전도 기본 특성의 하나인 마이스너 효과로 인하여 자기장이 침투하지 못한다. 이와 같은 1종 초전도체는 단원자 초전도체들이 주종을 이루며, 이들 초전도체들의 응용은 특성상 기술적으로 매우 어렵다.
2종 초전도체는1종과 다르게 어떤 온도 상태에서 상부 임계 자기장(Hc2)과 하부 임계 자기장(Hc1)이 존재하여, 이들 임계 자기장들의 경계로 유용한 초전도 특성을 나타낸다. 1종과 마찬가지로 초전도 상태의 하부 임계 자기장(Hc1) 이하의 영역은 자기장이 침투하지 못하는 마이스너 효과를 나타낸다. 그러나 하부 임계 자기장(Hc1) 이상의 자기장하에서 2종 초전도체는 초전도 성질을 잃지 않고 초전도 상태를 계속 유지하며 일부의 자기장들이 초전도체를 침투하도록 한다. 자기장의 침투 정도는 자기장의 세기에 따라 증가 되고, 상부 임계 자기장(Hc2)에 이를 때까지 계속되며, 상부 임계 자기장(Hc2) 이상이 되면 초전도 상태에서 정상 상태로 전이가 일어나 초전도체가 아닌 일반 물체로 된다. 이와 같이 상부 임계 자기장(Hc2)과 하부 임계 자기장(Hc1) 사이의 영역(소용돌이 상태( 혹은 혼합 상태(라고 함)이 존재하여, 어느 정도 자기장의 침투에도 초전도성이 유지되는 초전도체를 2종 초전도체라 한다. 대부분 혼합물 및 산화물 고온 초전도체들이 이에 속하며, 초전도체 응용에 거의 모두가 이와 같은 특성을 가지는 2종 초전도체를 이용하고 있다.
초전도 자석은 이제까지 알려진 가장 강력한 전자석이며 MRI이나 NMR 기계, 질량 분석기, 입자 가속기에 쓰이는 광선 조타 자석 등에 사용된다. 이들은 또한 입자들을 입자들이 가진 자성에 따라 분리하는 자기 분리(magnetic separation)에 쓰일 수 있는데, 이런 것들은 안료 산업 등에 쓰이곤 한다.
초전도체는 지금까지 알려진 가장 민감한 자력계인 초전도 양자 간섭 장치의 구성 단위인 조세프슨 접합(Josephson junction)을 만드는 데 사용된다. 조세프슨 장치들은 국제단위계의 단위 볼트를 정의하는 데에 사용된다. 작동하는 방식에 따라, 조세프슨 접합은 광자 검출기나 혼합기로 사용된다. 일반 상태에서 초전도 상태로 전이할 때의 큰 저항 차이는 저온 열량계나 미소열량계의 온도계나 광자 검출기를 만드는 데 사용될 수 있다.
전망이 있는 응용 예로는 고성능 변압기, 전력 저장 장치, 전력 전달기, 전기 모터, 자기 부상 장치, 과도 전류 제한기 등이 있다. 그러나 초전도는 변화하는 자기장에 민감하기 때문에 교류를 사용하는 응용 예들(즉, 변압기)을 만드는 것은 직류를 사용하는 것에 비해 좀 더 어려울 것으로 예상된다.
초전도체는 자기장을 차단하는 특성이 있어 자석 위에 가까이 가져가면 자석위에 떠 있게 되는데, 이와 같은 현상을 마이스너 효과라고 한다. 또, 초전도체는 저항이 없어 전류가 흘러들어도 전력 손실이 전혀 발생하지 않아, 대량의 전기를 손실없이 저장하거나 송전이 가능하다. 뿐만 아니라 초전도체는 매우 센 전류를 흐르게 하여 강한 자기장을 얻을 수 있으므로 이를 이용하여 자기 부상 열차에 사용이 가능하다.
동물원(動物園)은 살아있는 동물을 사육, 연구하고 일반에게 관람시켜 이익을 얻는 장소이다. 보통 육상동물을 중심으로 다루는 곳을 말한다. 수중 생물을 중심으로 다루는 곳을 특별히 수족관이라고 하며, 동물원의 특수한 형태로 사파리 등이 있다.
동물원을 가리키는 영단어 주(zoo)는 동물을 연구하는 동물학을 말한다. 이 용어(zoological garden)는 그리스어 ζώο, 'zoon', "동물"에서 유래되었으며, 접미사 -λογγα, '-logia', "대해 연구하다."에서 유래되었다. 줄임말 "zoo"는 1828년 과학 연구와 1857년 일반인에게 개방된 런던 동물원(London Zoolographic Gardens)에서 처음 사용되었다. 미국에서만 동물원은 연간 1억 8100만 명 이상의 사람들이 방문한다.
1828년에 문을 연 런던 동물원은 처음에는 "런던 동물학회의 정원 및 머내저리(동물쇼 등을 위해 모아 놓은 야생 동물들)"로 알려졌으며, 스스로를 "머내저리(ménagerie)" 또는 "동물학상의 숲"이라고 표현했다. 줄임말인 'zoo'는 1847년경, 클리프턴 동물원에 사용되던 무렵 영국에서 처음으로 인쇄물로 등장했지만, 약 20여년이 지나서야 음악당 예술가 알프레드 밴스의 'Walking in the Zoo'라는 노래에서 단축형식이 유행하게 되었다."동물원"이라는 용어는 1847년, 1891년, 1899년에 각각 문을 연 핼리팩스, 노바스코샤, 워싱턴 D.C., 뉴욕의 브롱크스의 더 넓은 시설들에서 사용되었다.20세기 후반 동물원의 비교적 새로운 용어는 "보존 공원" 또는 "바이오 공원"이다. 새로운 이름을 채택하는 것은 일부 동물원 전문가들이 19세기의 전형적인 동물원 개념으로부터 그들의 기관을 멀어지게 하기 위해 사용하는 전략이다.'바이오파크'라는 용어는 1980년대 말 워싱턴 국립동물원이 처음 만들어 개발했다.1993년 뉴욕동물학회는 이름을 야생동물보호협회로 바꾸고 관할 동물원을 '야생동물 보호공원'으로 다시 낙인찍었다.
왕실 동물원.
동물원의 전신인 머내저리는 고대부터 현대에 이르기까지 오랜 역사를 가지고 있다. 가장 오래된 것으로 알려진 동물학 수집품은 2009년 이집트의 히에라콘폴리스에서 기원전 3500년에 발견되었다. 이국적인 동물들에는 하마, 하테베스트, 코끼리, 개코원숭이, 야생 고양이가 포함되어 있었다.중세 아시리아 제국의 아슈르벨칼라 왕은 기원전 11세기에 동물원과 식물원을 만들었다. 기원전 2세기 중국 황후 탄기는 "사슴의 집"을 지었고, 주왕 원씨는 링유라고 불리는 1,500 에이커(6.1 km2)의 동물원, 즉 지성의 정원을 유지했다. 다른 유명한 동물 수집가들로는 이스라엘과 유다의 솔로몬 왕, 아시리아의 세미라미스와 아슈르바니팔 왕, 바빌로니아의 느부갓네살 왕이 있다.기원전 4세기까지, 대부분의 그리스 도시 주에 동물원이 존재했다; 알렉산더 대왕은 그의 군사 탐험에서 발견한 동물들을 그리스로 돌려보낸 것으로 알려져 있다. 로마의 황제들은 공부나 경기장에서 사용하기 위해 동물들의 개인 소장품을 보관했다.후자는 악명이 높기로 악명높은 농경지 19세기 역사학자 W. E. H. 레키는 기원전 366년에 처음 열린 로마 게임에 대해 다음과 같이 썼다.한 번은 곰과 황소가 사슬로 묶인 채 모래를 가로질러 격렬한 전투에 굴렀는데... 하루 만에 4백 마리의 곰이 칼리굴라 밑에서 죽임을 당했다... 네로 휘하에서 4백 마리의 호랑이가 황소와 코끼리와 싸웠다. 하루아침에 티투스의 콜로세움 헌신에 오천 마리의 동물이 죽었다. 트라얀 아래... 사자, 호랑이, 코끼리, 코뿔소, 하마, 기린, 황소, 숫사슴, 심지어 악어와 농어가 이 광경을 신기하게 하기 위해 고용되었다.
샤를마뉴는 아바스 칼리프가 준 아바스라는 이름의 코끼리를 가지고 있었다. 영국의 헨리 1세는 사자, 표범, 낙타 등이 포함된 것으로 알려진 우드스톡의 그의 궁전에 동물 모음을 보관했다. 중세 영국에서 가장 두드러진 수집품은 존 1세에 의해 1204년에 만들어진 런던탑에 있었다.
헨리 3세는 1235년 신성로마제국 프레데릭 2세로부터 표범 3마리 중 결혼선물을 받았고, 1264년 이 동물들은 탑의 서쪽 주 출입구 부근에 있는 사자탑으로 개칭된 불워크로 옮겨졌다. 16세기 엘리자베스 1세 시대에 대중에게 공개되었다.18세기 동안 입장료는 사자에게 먹이를 주기 위한 고양이나 개의 공급인 세 반펜스였다.그 동물들은 런던 동물원이 개장했을 때 런던 동물원으로 옮겨졌다.
아즈텍 황제 모테즈마는 자신의 수도 테노치티틀란에서 600명 이상의 직원들이 가꾸는 정원에 새, 포유류, 파충류 등을 대량으로 모은 '동물의 집'을 가지고 있었다. 이 정원은 1520년 에르난 코르테스를 포함한 몇몇 스페인 정복자들에 의해 묘사되었다. 아즈텍이 스페인 통치에 반기를 든 후, 그리고 그 뒤 이어진 도시와의 전투 중에 코르테스는 마지못해 동물원을 파괴하라고 명령했다.
계몽주의시대 동물원.
현존하는 세계에서 가장 오래된 동물원은 오스트리아 빈에 있는 티에르가텐 쇤브룬(Tiergarten Schönbrunn)이다. 오스트리아의 마리아 테레지아의 남편인 신성 로마 황제 프란츠 1세의 명에 따라 1752년 아드리안 판 스테코벤이 쇤브룬 궁전의 일부로서 제국 머내저리 역할을 하기 위해 건설하였다. 이 메나게리는 처음에는 황실과 궁정의 관람을 위한 것이었으나, 1765년에 대중이 관람할 수 있도록 만들어졌다. 1775년 마드리드에 동물원이 설립되었고, 1795년 파리의 자르딘 데스 플랜테스 안에 있는 동물원은 자크 앙리 베르나르댕에 의해 설립되었는데, 베르사유 왕실 메나제리의 동물들과 함께 주로 과학 연구와 교육을 목적으로 설립되었다. 러시아 최초의 동물원인 카잔 동물원은 1806년 카잔 주립대학 칼 푸흐스 교수가 설립했다.
현대의 동물원.
19세기 초까지만 해도 베르사유에서 루이 14세의 머내저리처럼 동물원의 기능은 왕실의 힘을 상징하는 경우가 많았다. 19세기에 영국에서 등장한 현대 동물원은 오락과 영감을 위해 과학 연구와 후기 교육 전시회를 대중에게 제공하는 데 초점을 맞췄다.
자연사와 동물학에 대한 점점 더 많은 매력은 런던의 도시화의 엄청난 확대와 함께, 더 다양한 형태의 오락물이 이용 가능하게 해 달라는 요구를 증가시켰다. 학문적 연구의 요건뿐만 아니라 공공의 향응에 대한 필요성도 최초의 현대 동물원 설립에서 한자리에 모였다.
런던동물학회는 스탬포드 래플스에 의해 1826년에 설립되었고 2년 후인 1828년에 리젠트 공원에 런던 동물원을 설립했다. 설립 당시 세계 최초의 과학 동물원이었다. 원래 과학 연구의 수집품으로 쓰일 목적으로 1847년에 일반에 공개되었다. 동물원은 리젠트 공원에 위치해 있었고, 그 후 건축가 존 내쉬의 손에 의해 개발되었다. 런던 동물원이 이전 동물원들과 차별화 된 것은 전반적으로 사회에 초점을 맞춘 것이었다. 이 동물원은 대중을 위한 도시 한복판에 세워졌으며, 많은 런던 인구를 수용할 수 있도록 배치되었다. 런던 동물원은 공공 도시 동물원의 전형으로 널리 복제되었다. 1853년 동물원은 세계 최초의 공공 수족관을 열었다.
다운스의 동물원은 앤드류 다운스에 의해 만들어졌고 1847년에 노바스코샤 대중에게 공개되었다. 원래는 과학 연구를 위한 소장품으로 쓰일 생각이었다. 1860년대 초까지 동물원 운동장은 40헥타르에 많은 고운 꽃과 장식용 나무, 피크닉 장소, 조각상, 산책로, 유리집(욕실, 수족관, 박제된 동물과 새의 박물관이 있는 온실), 연못, 폭포 위의 다리, 분수 있는 인공호수, 나무로 된 녹색호수로 뒤덮였다.사용, 삼림 구역, 외함 및 건물.
호주의 첫 동물원은 1860년 멜버른 동물원이었다. 같은 해 미국 최초의 공립 동물원인 센트럴 파크 동물원이 뉴욕에 문을 열었는데, 1859년 필라델피아 동물원학회가 동물원 설립을 위해 노력했지만, 남북전쟁으로 인해 1874년까지 개원을 연기했다.
1907년 독일의 기업가 칼 하겐벡은 현재 함부르크의 4분의 1인 Stelingen에 Tierpark Hagenbeck를 설립했다. 그의 동물원은 1828년에 설립된 동물원의 배치에서 급진적으로 벗어난 것이었다. 이 동물원은 동물들의 자연 환경을 더 잘 어림잡기 위해 철창 대신 해자로 둘러싸인 개방된 외함을 사용한 최초의 동물원이었다. 또한 그는 잡종 전시물을 설치하고 분류학과는 반대로 지리학의 다른 조직 원리에 기초하여 배치하였다. 그는 또한 잡종 전시회를 설치하고 분류학과는 반대로 지리학의 다른 조직 원리에 기초하여 배치하였다.
영국 베드퍼드셔에 있는 Whipsnade Park 동물원은 1931년에 개장했다. 그것은 방문객들이 외함을 통해 운전할 수 있게 해주었고 동물들과 가까이 다가갈 수 있게 해주었다.
1970년대 생태계가 대중의 관심사로 떠오르자 몇몇 동물원이 저지동물원의 제럴드 듀렐, 브룩스필드동물원의 조지 랍브, 브롱스동물원의 윌리엄 콘웨이(야생생물보존회) 등이 논의를 주도하면서 보존을 중심적 역할로 삼기 시작했다. 그때부터 동물원 전문가들은 보존 프로그램에 참여할 필요성을 점점 더 인식하게 되었고, 미국 동물원 협회는 곧 보존이 최우선이라고 말했다. 보존문제를 강조하기 위해 많은 대형동물원들은 동물들로 하여금 방문객들을 위해 묘기를 부리도록 하는 관행을 중단시켰다. 예를 들어, 디트로이트 동물원은 1969년에 코끼리 쇼를 중단했고 1983년에 침팬지 쇼를 중단했는데, 이것은 트레이너들이 아마도 동물들을 공연하도록 학대했을 것이라는 것을 인정했다.
브록와프 동물원(폴란드어: Ogrod Zoologiczny We Wrocwawu)은 1865년 폴란드에서 가장 오래된 동물원으로 약 1,132종을 대표하는 약 10,500마리의 동물이 서식하고 있었다(동물 종수 면에서는 세계에서 세 번째로 크다). 2014년 브록와프 동물원은 아프리카 대륙에서 선별된 생태계를 포괄적으로 제시하면서 아프리카의 동물원 전시에만 전념하는 유일한 테마 해양생물인 아프리카리움을 개장했다. 1만 마리 이상의 동물을 수용하고 있는 이 시설의 폭은 바퀴벌레와 같은 곤충을 수용하는 것에서 코끼리 같은 큰 포유류까지 33헥타르가 넘는 지역에 걸쳐 있다.
야생동물 서식지의 대량 파괴는 아직 전 세계적으로 멈추지 않았고 코끼리, 큰 고양이, 펭귄, 열대 새, 영장류, 코뿔소, 이국적인 파충류, 그리고 많은 다른 종들이 멸종 위기에 처해 있다. 오늘날의 많은 동물원은 멸종 위기에 처한 많은 종의 감소를 막거나 늦추기를 바라고 있으며, 그들의 주된 목적은 사육 중인 멸종 위기 종을 야생으로 다시 유입시키는 것으로 보고 있다. 현대의 동물원은 또한 방문객들에게 종종 방문객들이 직접 동물들을 볼 수 있게 함으로써 동물 보존에 대한 중요성을 가르쳐 주는 것을 목표로 하고 있다. 일부 비평가와 대다수의 동물권리활동가들은 동물원이 그들의 의도가 무엇이든, 혹은 그들이 얼마나 고귀하든 간에 비도덕적이며 동물들을 희생시켜 인간의 여가를 충족시키는 것 외에는 아무 역할도 하지 않는다고 말한다(수년에 걸쳐 확산된 의견이다). 하지만 동물원 옹호자들은 그들의 노력이 야생동물 보호와 교육에 차이를 만든다고 주장한다.
인간 전시회.
인간은 때때로 동물과 함께 우리에 전시되어 유럽인과 비유럽인 출신자들의 차이를 보여 주었다. 1906년 9월 뉴욕의 브롱크스 동물원의 윌리엄 호나데이 소장은 매디슨 그랜트 뉴욕 동물원장의 동의로 콩고 피그미인 오타 벵가를 침팬지와 함께 우리에 전시하고, 이어 도홍이라는 오랑우탄과 앵무새를 데리고 전시했다. 이 전시회는 오랑우탄과 백인의 연결고리를 놓친 사례로 기획되었다. 이로 인해 시 성직자들의 항의가 촉발됐지만 벵가를 보기 위해 대중이 몰려든 것으로 알려졌다.
동물원의 동물들은 그들과 방문객들 모두의 이익을 위해 자연 서식지나 환경 패턴을 복제한 울타리 안에서 산다. 야행성 동물들은 종종 빛-어두운 주기가 역전된 건물에 수용된다. 즉 낮 동안에는 희미한 흰색이나 붉은색 불빛만 켜져 있어서 방문객 시간에는 동물들이 활동하며, 밤에 동물들이 잠을 잘 때는 더 밝은 불빛이 켜진다. 펭귄과 같은 극단적인 환경에서 사는 동물들을 위해 특별한 기후 조건이 만들어질 수도 있다. 조류, 포유류, 곤충, 파충류, 어류, 기타 수생 생물체를 위한 특별한 외함도 개발되었다. 일부 동물원에는 여우원숭이, 마모셋, 새, 도마뱀, 거북이 등 불가침종의 은닉처에 관람객들이 입장하는 걷기 전시회가 있다. 방문객들은 길을 따라다니며 동물들이 낚아채는 음식을 보여주거나 먹는 것을 피하도록 요청 받는다.
사파리.
어떤 동물원들은 동물들을 기존 우리보다 더 큰 울타리로 가두어 둔다. 동물원 공원과 사자 농장으로도 알려진 사파리 공원은 방문객들이 그들을 통해 차를 타고 동물들과 가까이 오도록 해준다. 때때로 방문객들은 차창을 통해 동물들에게 먹이를 줄 수 있다. 최초의 사파리 공원은 영국 베드퍼드셔에 있는 윔스나이드 공원으로, 런던 동물 협회가 1931년에 개장했는데, 현재(2014년)에는 600에이커(2.4km2)에 이른다. 1970년대 초부터 샌디에이고 인근 샌파스퀄 계곡에 있는 1,800에이커(7km2)의 공원은 샌디에이고 동물원 사파리 공원이 운영되어 왔다. 노스캐롤라이나 주에 있는 두 개의 동물원 공원 중 하나는 아셰보로에 있는 2,000 에이커(8.1 km2)의 노스캐롤라이나 동물원이다. 오스트레일리아 멜버른에 있는 500에이커(2.0km2)의 베리비 오픈 레인지 동물원에는 인공 사바나에 사는 동물들이 전시되어 있다.
수족관.
최초의 공공 수족관은 1853년 런던 동물원에서 열렸다. 이어 대륙 유럽에 공공 물병아리가 개원(1859년 파리, 1864년 함부르크, 1869년 베를린, 1872년 브라이튼)한 뒤 미국(1859년 보스턴, 1873년 워싱턴, 1873년 샌프란시스코 우드워드의 정원, 1896년 배터리파크에 뉴욕 아쿠아리움 등이 문을 열었다.
길가의 동물원.
길가의 동물원은 북아메리카 전역, 특히 외진 곳에서 발견된다. 그들은 종종 소규모의 영리 목적의 동물원으로, 종종 방문객들을 주유소와 같은 다른 시설로 끌어들이기 위한 것이다. 이 동물들은 재주를 부리도록 훈련을 받을 수도 있고, 방문객들은 더 큰 동물원에서보다 더 가까이 갈 수 있다. 때때로 규제가 덜하기 때문에, 길가의 동물원은 종종 방임과 잔인성의 비난을 받는다.
동물보호기금은 2014년 6월 아이오와에 소재한 길가 크리켓 할로우 동물원을 상대로 동물 보호에 제대로 나서지 않아 멸종위기종보호법 위반 소송을 제기했다. ALDF는 소송을 제기한 이후 USDA의 동물·식물 건강검진국에서 실시한 조사로부터 기록을 입수했는데, 이 기록들은 동물원이 동물복지법도 위반하고 있음을 보여준다.
페팅 동물원.
동물테마파크.
동물테마파크는 놀이공원과 동물원이 함께 어우러진 곳으로, 주로 오락과 상업적 목적으로 이용된다. 씨월드나 마리린랜드 같은 해양 포유동물 공원은 고래를 기르고 있는 돌고래 보호 시설로, 추가적인 즐길 거리가 있다. 또 다른 종류의 동물 테마 공원은 무대 쇼, 롤러 코스터, 신화적인 생물과 같은 고전 동물원보다 더 많은 오락과 놀이 요소를 포함하고 있다. 디즈니의 애니멀 킹덤과 플로리다 올랜도의 게토랜드, 영국 노스요크셔의 플라밍고랜드, 캘리포니아 발레조의 식스 플래그 디스커버리 킹덤이 대표적이다.
동물의 출처.
2000년까지 동물원에 전시된 대부분의 동물들은 다른 동물원 동물들의 자손이었다. 그러나 이러한 경향은 종에 따라 다소 특이했다. 동물들이 동물원 사이에 옮겨질 때, 그들은 보통 검역소에서 시간을 보내며, 종종 그들의 자연 환경을 모방하도록 고안된 그들의 새로운 외함에 적응할 수 있는 시간이 주어진다. 예를 들어, 펭귄의 어떤 종은 냉장된 외함을 필요로 할 수 있다. 이러한 동물들에 대한 필요한 관리에 대한 지침은 국제 동물원 연감에 발표되어 있다.
보존 및 연구.
호주, 아시아, 유럽, 북미의 대부분의 현대 동물원들, 특히 과학사회를 가진 동물원들은 주로 멸종위기에 처한 종들의 보존을 위해 야생동물을 전시하고, 연구 목적과 교육, 그리고 부차적인 목적인 방문객들의 즐거움을 위해라고 주장하고 있다. 런던 동물학회는 헌장에서 그 목적이 "동물학 및 동물 생리학의 발전과 동물 왕국의 새롭고 호기심 많은 과목의 도입"이라고 밝히고 있다. 그것은 Nuffield 비교의학연구소와 Wellcome 비교 생리학 연구소라는 두 개의 연구소를 운영하고 있다. 미국에서는 필라델피아 동물원의 펜로즈 연구소가 비교 병리학 연구에 중점을 두고 있다. 세계동물원 및 아쿠아리움 협회는 1993년에 첫 번째 보존 전략을 수립하였고, 2004년 11월에는 21세기 동물원의 목적과 사명을 정립하는 새로운 전략을 채택하였다.
전 세계의 보존 프로그램들은 멸종되지 않도록 보호하기 위해 싸운다. 하지만 불행한 현실은 대부분의 보존 프로그램들은 자금이 부족하고 잘 표현되지 않는다는 것이다. 자연 보호 프로그램은 서식지 손실과 질병과 같은 더 큰 문제들과 싸우기 위해 고군분투할 수 있다. 타락한 서식지를 재건하기 위해서는 막대한 자금과 막대한 시간이 소요되는데, 이 두 가지 모두 보존 노력에 있어서 드물다. 현재 보존 프로그램의 상태는 상황(온사이트 보존) 계획에만 의존할 수 없으며, 현장 외 보존이 종종 필요하다. 외부 보존은 동물원, 국립공원 또는 다른 돌봄 시설에 의존하여 동물과 동물의 개체군의 재활을 지원한다. 동물원은 멸종위기에 처한 동물들에게 적절한 서식지와 보살핌을 제공함으로써 보존에 도움이 된다. 적절한 규제를 받으면 동물들이 다양하게 번식할 수 있는 안전하고 깨끗한 환경을 제시한다. 양서류 보호와 동물원에 대한 연구는 이 문제들을 글로써 해결했다.상황 위협, 특히 서식지 손실, 분해 및 단편화 문제를 해결하는 것이 일차적으로 중요한 반면, 상황 보존에만 있는 많은 양서류 종의 경우 특히 키트리디오미디옥시스[감염성 곰팡이병]와 같은 모집단에 매우 빠르게 영향을 미칠 수 있는 현재 미해결 위협만으로는 충분하지 않을 것이다. 위협 요소가 야생에서 더 잘 이해되거나 완화되는 동안, 이전 상황 프로그램은 유전적, 인구 통계적으로 생존 가능한 모집단을 유지하는 것을 포함한 여러 가지 방법으로 상황 활동을 보완할 수 있다멸종위기종 사육은 국제 스터디북과 코디네이터가 포함된 협동조합 사육 프로그램으로 조정되며, 이들은 지구적 또는 지역적 관점에서 개별 동물과 기관의 역할을 평가하고 있으며, 전 세계에는 멸종위기종 보전을 위한 지역 프로그램이 있다. 아프리카에서 보존은 아프리카 보존 프로그램(APP), 미국과 캐나다의, 종의 생존 계획, 오스트랄라시아의, 유럽 멸종위기종 프로그램, 일본, 남아시아, 동남아시아에서 처리된다. 아쿠아리움, 남아시아 동물원 지역협력협회, 동남아 동물원협회.
포획된 종의 보존 외에도, 큰 동물원은 왜가리 같은 야생 토종 동물들이 살거나 방문하기에 적합한 환경을 형성할 수 있다. 검은 왕관을 쓴 왜가리 군락지가 워싱턴 D.C.에 있는 국립 동물원에서 1세기 이상 정기적으로 여름을 보냈다. 일부 동물원은 동물원을 방문하거나 거주하는 야생동물에 대한 정보를 방문객에게 제공하거나 특정 먹이 또는 사육 플랫폼으로 안내하여 이들을 격려할 수 있다.
40년에 걸쳐 수집된 데이터를 조사한 연구에서는 북극곰, 사자, 호랑이, 치타 등이 감금되어 있는 상태에서 스트레스의 증거를 보인다는 것을 발견했다. 동물원은 동물을 수용하는 수용소가 될 수 있지만, 피난처도 될 수 있다. 동물원은 동물들이 살아야 하는 충분한 인클로저 때문에 수용소로 간주될 수 있다. 코끼리가 평평하고 나무가 없고, 다른 코끼리가 없으며, 가지고 놀 수 있는 몇 개의 플라스틱 장난감이 있는 펜에 놓여질 때, 그것은 지루함과 발 문제를 초래할 수 있다. 또한, 동물들은 이런 종류의 외함에 있을 때 수명이 더 짧을 수 있다. 원인은 인간의 질병, 우리 안의 물질, 그리고 가능한 탈출 시도일 수 있다. 하지만 동물원이 동물의 복지에 대해 생각할 시간을 가질 때, 동물원은 피난처가 될 수 있다. 야생에서 다쳐 스스로 살아남지 못하는 동물이 있지만 동물원에서는 건강하고 행복한 나머지 삶을 살아갈 수 있다. 최근 몇 년 동안, 일부 동물원들은 동물들에게 적절한 울타리를 제공할 수 없기 때문에 더 큰 동물을 보여주는 것을 중단하기로 선택했다. 하지만 그것들은 근본적으로 존중되어야 할 생명을 상업적으로 이용하고 이들의 자유를 침해한다는 문제를 피할 수 없다.
포획 및 폐사.
현대의 잘 관리된 동물원에서는 전 세계 포획 개체군을 자급자족할 수 있도록 번식이 통제된다. 그러나 이는 종종 가난한 지역에 위치한 관리 부실한 동물원에는 해당되지 않는다. 일부 가난한 지역의 동물원을 대상으로 한 조사에 따르면, 연간 전체 동물 ‘재고 회전율’은 20%~25%에 달했으며, 야생에서 포획된 유인원의 75%가 포획 후 20개월 이내에 사망한 것으로 나타났다. 보고서의 저자들은 성공적인 번식 프로그램이 도입되기 전까지 높은 폐사율이 "대규모 수입"의 주된 원인이었다고 지적했다.
또 다른 2년간의 연구에 따르면, 1992년부터 1998년 사이 미국 내 인증된 동물원을 떠난 포유류 19,361마리 중 7,420마리(38%)가 동물 중개업자, 경매장, 사냥 농장, 비인증 동물원, 개인, 야생 동물 농장 등으로 이관된 것으로 확인되었다.
도덕상의 문제.
행동 제한.
많은 현대 동물원들은 더 많은 공간과 행동적 풍요를 제공함으로써 동물 복지를 개선하려고 노력한다. 이것은 종종 동물들이 로밍과 포획과 같은 그들의 자연적인 행동의 일부를 표현할 수 있도록 하는 자연주의적 울타리에 동물들을 수용하는 것을 포함한다. 그러나 많은 동물들은 불모의 콘크리트 외함이나 다른 최소농축된 우리에 남아있다.
자연적으로 매일 수 킬로미터에 걸쳐 있거나 계절적으로 이동하는 동물들은 동물원 울타리 안에서 이러한 행동을 할 수 없다. 예를 들어, 코끼리는 보통 매일 약 45km(28mi)를 여행한다.
이상행동.
동물원의 동물들은 종종 그들의 빈도, 강도, 또는 보통 그들의 행동 범주에 있어서 포함되지 않는 비정상적인 행동을 보인다. 이것들은 보통 스트레스를 나타낸다. 예를 들어 코끼리는 때때로 머리를 굴리고 곰은 울타리의 한계에 반복적으로 발을 내딛고, 야생 고양이는 강박적으로 몸을 단련하고, 새는 자신의 깃털을 뽑는다. 동물원의 일부 비평가들은 동물들에 대한 보살핌의 질과 상관없이 동물들이 항상 신체적, 정신적 스트레스를 받고 있다고 주장한다. 코끼리는 앞뒤로 흔들림, 줄기가 흔들림 또는 경로추적 등의 형태로 정형화된 행동을 보이는 것으로 기록되어 있다. 이것은 영국 동물원의 54%에서 관찰되었다.
짧은 수명.
기후 문제.
잉여동물.
특히 큰 동물에서는 동물원에서 제한된 수의 공간만이 이용 가능하다. 그 결과, 가장 "유효한" 공간을 보존하고, 교배 위험을 줄이기 위해 다양한 관리 도구를 사용한다. 동물 개체군의 관리는 일반적으로 AZA와 EAZA와 같은 국제 기구를 통해 이루어진다. 동물원은 동물원 간의 이동, 피임, 과잉동물 판매, 안락사(컬링) 등 동물 개체군을 관리하는 몇 가지 다른 방법이 있다.