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얼음은 왜 물에 뜨는 건가요?
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.우선 물은 H2O라는 분자식으로 이루어져있습니다.(H:수소, O:산소)그런데 모든 물질에 인력이 작용하듯이 이 각각의 원자에도 인력이 작용합니다.그런데 위와 같은 분자물질사이의 인력을 전기음성도라고 합니다.그런데 이 전기음성도라는 힘의 차이가 크고 수소와 같이 결합해있으면,수소결합이라는 특이한 결합을 합니다.수소결합이라는 것은 수소가 산소원자 1개와 결합하는 것에 만족하지 않고,다른 분자의 산소분자까지 결합하려는(물의 경우) 것입니다.간단한 그림으로 설명하자면,H-O - H-O - H-O | | | H H H이런식으로 계속되어 연결되어 있지요(분자간의 사이를 띈것은 분자간의 결합인 수소결합보다는 분자내의 결합이 강하다는 것을 의미합니다.)그런데 이 결합은 위와 같은 직각이 아니라 일정한 각을 이루고 있기 때문에일정한 모양을 이루며 결합을 합니다.(각은온도에 약간씩 달라지지만,보통104.5도)분자들은 온도에 따라서 운동에너지가 달라지는데 낮을수록 둔해지죠.그러다가 4℃가 되면 육각형의 결합형태로 되는데 이걸 육각수라고들 하죠?그런데 이상태에서 온도가 내려가도 부피가 줄지 않고(4℃까진 육각의 형태를만들기 위해서 작아집니다.)오히려 이 육각형의 구조 옆에 분자가 붙어 커집니다.그러다가 물이 얼음이 되면 갑자기 부피가 늘어납니다.이 이유는 고체에서는 모든 원자가 일정한 거리와 힘으로 결합되어 거의 움직이지 않기 때문에 물도 마찮가지로 그 거리가 멀어지는 것입니다.(어는점 근처의 액체상태에의 물은 오히려 분자간의 거리가 더짧지만,다른액체는 고체상태가 짧습니다.)따라서 부피가 커지기 때문에 밀도는 작아지겠지요?따라서 물위에 얼음이 뜨는 것입니다.(위라는 것은 완전한 위가 아니라 윗부분)반대로 얼음이 녹는다면, 얼음을 녹이기 위해 쓰여진 에너지의 일부가이 육각구조의 일부를 깨트려서 분자가 육각구조사이사이로 들어가기때문에부피가 작아지는 것입니다.
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지구과학·천문우주
23.02.05
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눈은 왜 하얀색, 흰색 일까요?
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.빛의 3가지 색(빨강, 파랑, 초록) 이 섞이면 흰색이 된다는 사실을 우리는 이미주입식 교육 -_-; 을 통해서 알고있습니다.눈은 입자가 큽니다. 우리 눈으로 눈을 볼수있을정도로 크죠? 그래서 빛이 통과를 하다가, 그 입자가 너무 커서 뚫지 못하고 분산, 즉 산란되고 맙니다.빛은 7가지 색이 있습니다. 이 7가지 색의 빛은 산란되면서 섞여 버립니다.그래서 색들이 섞여서 결국 흰색이 되고 마는것입니다!구름이 하얀이유도 같은 이유입니다.구름은 수분들이 모여있는 덩어리이죠? 빛이 오다가 이 덩어리를 통과하다가 서로 부딪쳐서 일부가 산란되어 다 섞여버리는 것입니다. 그래서 구름도 하얗게 보입니다.그럼 먹구름은 무엇이냐!!! 빛이 산란이 되는대 그 구름이 너무 두꺼워서 빛이 아예 통과를 못하게되면 빛이 차단이 되기때문에 검은색으로 보이는 것입니다 ^^
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생물·생명
23.02.05
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가장 작은 단위는 무엇입니까?
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.제가 알고 있는가장 작은 단위는 아토atto로 아토미터는 1/1,000,000,000,000,000,000m 입니다.아마 이보다 더 작은 단위는 없을 겁니다. 감사합니다.
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화학
23.02.05
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셰일가스와 석유,천연가스의 차이점은 무엇인가요?
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.일단 석유는 여러 물질들의 혼합물입니다. (보통 원유라는 말도 많이 사용합니다.)순물질이 아닌 혼합물이기 때문에 끓는점도 다르고 특성도 제각각이라서 그 상태로는 쓸 수 없죠.그래서 정제과정을 거치게 되는데, 주로 끓는점 차이를 이용한 분별증류로 물질들을 분류하게 됩니다.이렇게 석유로부터 가솔린, 나프타, 등유, 경유, 중유 등을 분류해내고 가스상태가 아닌 고체상태로 밑으로 가라앉는 찌꺼기들은 주로 아스팔트를 만드는 원료로 이용하게 됩니다.여기서, LPG는 석유에서 분별증류한 프로판 가스나 부탄 가스를 모아서 고압으로 압축시켜서 기체를 액화시킨 것을 말합니다. 아무래도 가스상태의 물질은 운반도 쉽지 않고, 다루는 데 있어서 폭발의 위험성을 동반하기도 하는 등 애로사항이 많기 때문에, 다루기 쉬운 액체상태로 바꿔놓아서 사용이 편리하게 만들어놓은거죠.LPG 말고도 이름이 비슷한 LNG(액화천연가스)도 있는데, LPG와 LNG의 가장 큰 차이점은 구성성분과 밀도의 차이입니다. LPG가 공기보다 밀도가 높아서 유출시 바닥쪽으로 깔리는 반면에 공기보다 가벼운 성분인 메탄이나 에탄으로 구성된 LNG는 유출되면 윗쪽으로 올라가게 됩니다.
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화학
23.02.05
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요구르트를 넣어서 우유를 요구르트로 만드는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.마시는 요구르트를 섞죠?!! 그 요구르트에는 아시다시피 유산균이 존재합니다.그 유산균이 활성화되는 온도를 유지시켜주어 균의 숫자를 늘리는 겁니다.그렇게 하는데 필요한 시간이 8시간이구요.우유를 데워야 하긴 하지만 보온병으로도 만들어 집니다.
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화학
23.02.05
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음력과 양력은 언제 누가 만들었나요?
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.우리가 현재 쓰고 있는 것은 양력(율리우스력) 이라고 하는 것인데 이는 태양력이라고도 합니다 지구가 태양을 한바퀴 도는 것을 일년으로 하고 지구가 자전하는 것을 하루로 하여 열 두달로 나눈 것인데 공전 주기에 대한 오차 범위가 지극히 적어 몇 년에 일초 정 도만 수정하면 되지요 그리고 태양력은 해방 이후 외래 문물이 들어오면서 자리잡은 것 이고 음력은 우리 조상님 때 부터 사용해 오던 것으로 달이 차고 기우는 걸 기준으로 하 였기 때문에 월력이라고도 합니다 서양은 주로 태양으로 부터 시간을 계산하였다면 동 양은 달로 부터 시간을 계산 했지요 1년이 5~6 일 정도 차이나는데 이를 바로 잡기 위해 사년마다 윤달( 똑 같은 달을 하나 더 만듬) 을 둡니다 많은 천문 지리학자들에 의해 정립 이 되었고 기원 전이라 보시면 됩니다 좋은 점은 태양력은 태양에 의한 계절의 변화를 맞다고 보는 것인데 기후에 영향을 미치는 요소는 이 외에도 바람이나 그 나라의 독특한 지형도 영향을 미치므로 다소의 차이가 있습니다 우리나라는 불과 백년 전 까지만 해도 음력을 썼으므로 조상님들께 전수받은 음력의 비법들이 많겠지요 그게 큰 장점 이겠습
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생물·생명
23.02.05
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자석의 S극과 N극은 어떻게 해서 만들어 질까요?
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.1. 자석은 n극과 s극이 항상 붙어있습니다.2. 이를 이해하려면 먼저 자기장을 이해해야 하는데- 쉽게 말하면 막대자석을 생각해 보겠습니다,막대자석의 n극에서 눈에 보이지 않는 가느다란 실이 뻗어나온다고 생각해 보겠습니다.이 실은 쭉 뻗어나가서 결국 s극으로 다시 들어오고 자석 내부에서 만나 고리를 만듦니다.우리가 흔히 교과서에 나오는 자석의 그림 처럼요.그리고 이 실은 철 같은 금속이나, 다른 자석을 끌어당깁니다. 이 실을 자기장, 혹은 자기력선이라고 합니다.이 자기장은 절대 끊어지지 않고 이어집니다.반드시 n극에서 뻗어나와 s극으로 들어옵니다.다시말하면 이 실(자기장)을 만드는 물체를 자석이라 부릅니다.그리고 이 자석에서 실이 뻗어나오는 부분을 n극 다시 들어가는 부분을 s극이라 부릅니다.따라서 말굽자석이든 막대 자석이든 전자석이든 n, s극은 함께 존재하며부서지더라고, 아주 작은 모래로 갈아버리더라도, 그 알갱이 하나하나는 실(자기장)을 만들고그 알갱이에서 실이 나오고 들어가는 부분이 있기 때문에 n극과 s극은 함께입니다.
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물리
23.02.05
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방사성 동위원소 연대측정법의 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.문화재 분야에서 가장 많이 활용되는 방사성 동위원소는 방사성탄소동위원소입니다. 방사성탄소연대측정 원리를 간단하게 설명드리면 다음과 같습니다. 생명체는 광합성과 먹이 사슬 등을 통하여 대기 중의 방사성탄소를 흡수하고, 살아 있는 동안 평형 상태를 유지합니다. 생명체가 죽으면 방사성탄소는 시간이 지나면서 줄어드는데 그 반감기는 5,730년입니다. 남아 있는 방사성탄소의 양으로부터 문화재의 나이를 추정할 수 있습니다. 방사성탄소연대측정이 가능한 시료는 탄소를 포함하고 있는 목재, 지류, 섬유류, 뼈 등이 있습니다. 다만 지구 대기권의 방사성탄소 농도에 영향을 미치는 여러 자연적인 작용, 시료의 오염, 저장고 효과 등이 연대측정의 불확실성에 영향을 줄 수 있습니다.
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지구과학·천문우주
23.02.05
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하늘은 왜 색깔이 있는건가요?
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.우선 바다가 파란색인 것은 하늘이 파란색이 반사되서 그렇고그러면 하늘이 파란색인 이유는 빛의 산란때문인데 소위 '레일리 산란'이라고 해서 태양빛이 지구에 들어오면서 지구대기와 충돌해 레일리 산란을 일으키면서 짧은 파장인 파란색 파장이 먼저 산란해 하늘이 온통 파랗게 보이는 것임.
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지구과학·천문우주
23.02.05
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희토류가 갖는 성질이 무엇인가요
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.희토류는 지하자원입니다.희토류(REE)란 유사한 특성을 가진 17개의 광물류를 말합니다. 희토류는 겉모양은 금속처럼 생겼으나 금속과 비교하면 상대적으로 부드럽고 탄성과 연성이 있습니다. 이 광물들은 희토류라는 이름이 붙기는 했지만 상대적으로 지구의 지각에 풍부하게 분포합니다. 또한 이들은 대개 고온 상태나 미분시 화학 반응을 잘 일으킵니다. 희토류에 속하는 세륨은 지구 지각을 구성하는 원소로 구리와 양이 거의 비슷합니다.19세기 초 발견 당시 광물로는 희귀하다고 해서 희토류란 이름이 붙게 되었습니다. 이들의 지구화학적 특성 때문에 지구 표면에 매우 고르지 않게 분포하게 되었으며, 이들에 집중하다보면 대개의 경우 채광 사업이 적자로 흐르는 경향이 많습니다.희토류 원소(稀土類元素, 영어: rare earth elements, rare earth metals)는 주기율표의 17개 화학 원소의 통칭으로, 스칸듐(Sc)과 이트륨(Y), 그리고 란타넘(La)부터 루테튬(Lu)까지의 란타넘족 15개 원소를 말한다. 이들을 묶어 희토류로 통칭하는 이유는 서로 화학적 성질이 유사하고 광물 속에 그룹으로 함께 존재하기 때문이다. 종종 악티늄족 원소를 포함시키는 경우도 있다.
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전기·전자
23.02.05
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