답변 내역

안녕하세요.전고체배터리가 에너지밀도를 획기적으로 높일 수 있는 구조로 평가받는 이유는 배터리 내부 설계를 근본적으로 바꿀 수 있게 해 주기 때문입니다. 배터리에서 말하는 에너지밀도는 보통 두 가지로 나뉘는데요 질량 에너지밀도는 같은 무게로 얼마나 많은 에너지를 저장하느냐를 말하는 것이고 부피 에너지밀도는 같은 부피로 얼마나 많은 에너지를 저장하느냐를 말합니다. 전기차 주행거리를 좌우하는 핵심은 결국 차에 실을 수 있는 무게와 부피 안에 얼마나 많은 에너지를 넣을 수 있느냐입니다. 지금 우리가 쓰는 리튬이온 배터리는 대부분 액체 전해질을 사용하는데요, 액체 전해질은 인화성과 누액 위험이 있기 때문에, 실제 배터리 팩에는 필수로 두꺼운 분리막, 냉각 시스템, 강한 케이스, 안전 여유 공간이 필요하며 이들은 에너지를 저장하지 않으면서 무게와 부피만 차지합니다. 반면에 전고체배터리는 전해질을 고체로 바꾸면서, 단순한 소재 교체가 아니라 배터리 설계 철학 자체를 바꿀 수 있게 됩니다. 이 고체 전해질은 불연성이며 누액이 없다는 특성을 가집니다. 그래서 과도한 냉각 시스템, 두꺼운 보호 케이스, 안전 여유 공간을 줄일 수 있습니다. 이는 같은 차체 공간에 배터리 셀을 더 많이, 더 빽빽하게 넣을 수 있다는 뜻입니다. 현재 상용 리튬이온 배터리의 셀 에너지밀도는 대략 250~300 Wh/kg 수준인데요 전고체배터리가 목표로 하는 수치는 400~500 Wh/kg, 일부 로드맵에서는 그 이상입니다.즉, 이론적으로는 약 1.5~2배 수준이며 시스템 전체 기준에서도 1.3~1.7배 이상의 개선 가능성이 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.개구리는 양서류가 맞지만, 도마뱀은 양서류가 아니라 파충류인데요 두 동물은 겉모습이 조금 비슷해 보여도 생물학적으로는 꽤 다른 집단에 속합니다.개구리는 양서류에 속하며 알 → 올챙이(아가미 호흡) → 성체(폐와 피부 호흡)라는 변태 과정을 거치며 피부는 촉촉하고 비늘이 없으며, 수분 교환이 활발합니다. 반면 도마뱀은 파충류에 속하며 알에서 바로 작은 도마뱀 형태로 태어나며, 올챙이 같은 수생 유생 시기는 없습니다. 피부는 각질 비늘로 덮여 있어 건조한 환경에서도 살 수 있고, 폐로만 호흡합니다.도마뱀은 꼬리가 잘리면 다시 자라나는 능력이 있는데요 하지만 이 재생은 완전한 원래 꼬리가 아니라 구조가 단순화된 재생 꼬리입니다. 뼈 대신 연골 막대가 형성되고, 근육 배열도 원래와 다릅니다. 중요한 점은 도마뱀은 보통 꼬리만 재생 가능하고, 다리는 거의 재생하지 못한다는 것입니다. 반면 개구리는 올챙이 시기에는 꼬리나 일부 조직을 재생할 수 있지만, 성체가 되면 팔다리를 완전하게 재생하지 못합니다. 성체 개구리는 손상 부위가 빠르게 흉터 조직으로 치유되는 경향이 강해 복잡한 구조를 다시 만들지 못합니다. 감사합니다.

안녕하세요.도롱뇽과 개구리는 둘 다 양서류이지만, 신체 재생 능력에서는 매우 큰 차이를 보이는데요 우선 도롱뇽은 척추동물 가운데서도 가장 뛰어난 재생 능력을 가진 집단으로 알려져 있습니다. 반면 개구리는 올챙이 시기에는 어느 정도 재생 능력이 있지만, 성체가 되면 팔다리를 완전하게 재생하지 못하고 상처 조직이나 연골 덩어리 형태로만 회복되는 경우가 많습니다.이 차이는 세포 수준의 반응 방식 차이에서 비롯되는데요 도롱뇽은 팔다리가 절단되면 상처 부위 세포들이 다시 미분화 상태로 되돌아가 블라스테마라는 재생 전용 세포 덩어리를 형성합니다. 이 블라스테마는 발생 과정과 유사한 프로그램을 다시 가동하여 뼈, 근육, 신경, 혈관을 정확한 위치와 형태로 재구성합니다. 즉, 성체임에도 불구하고 발생 초기와 비슷한 유전자 발현 패턴을 다시 활성화할 수 있는 능력이 매우 강합니다. 반면 개구리는 진화적으로 보다 육상 생활에 적응하면서 면역 반응과 상처 치유 과정이 빠른 봉합 위주로 바뀌었으며 상처가 나면 세포가 재분화하기보다는 섬유화가 빠르게 일어나 흉터 조직을 만듭니다. 이는 감염을 막는 데는 유리하지만, 복잡한 구조를 다시 만드는 데는 불리합니다. 쉽게 말하면 도롱뇽은 다시 만들기 전략을 택했고, 개구리는 빨리 막기 전략을 택한 셈입니다. 감사합니다.

안녕하세요. 금속과 나무의 실제 온도는 같지만, 금속이 더 차갑게 느껴지는 이유는 열이 이동하는 속도가 훨씬 빠르기 때문입니다. 금속과 나무가 같은 온도에 있어도 금속이 더 차갑게 느껴지는 이유는 금속이 손의 열을 훨씬 빠르게 빼앗아 가기 때문인데요 우리가 느끼는 차가움은 온도 자체가 아니라, 열에너지가 얼마나 빠르게 이동하느냐에 의해 결정됩니다.사람의 손 온도는 보통 약 30~35 °C 정도인데요 반면, 실내에 놓인 금속과 나무는 예를 들어 20 °C로 동일하다고 가정해 보겠습니다. 이때 손을 물체에 대는 순간 손에서 물체 방향으로 열이 이동합니다. 이때 두 물질의 차이는 열을 받아들이고 전달하는 능력이며 바로 여기서 열전도율이 결정적인 역할을 합니다. 열전도율은 물질이 내부에서 열에너지를 얼마나 빠르게 전달할 수 있는지를 나타내는 물리량인데요 열전도율이 높다는 것은 열이 빠르게 이동한다는 것이고 열전도율이 낮다는 것은 열이 천천히 이동한다는 것입니다. 이때 금속은 열전도율이 높고 반면에 나무는 열전도율이 매우 작습니다. 손이 금속에 닿으면 손의 열이 금속 표면으로 빠르게 이동하며 금속 내부로 열이 즉시 퍼져 나가고 손 표면의 온도가 짧은 시간에 급격히 떨어지기 때문에 피부의 온도 수용기가 이를 아주 차갑다고 인식합니다. 반대로 나무의 경우 손의 열이 표면으로 이동하긴 하지만 나무 내부로 열이 잘 퍼지지 않으며 손과 닿은 부분만 조금 따뜻해지고 열 이동 속도가 느려서 온도 변화가 완만한 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요.물방울이 표면 위에 놓였을 때, 그 모양은 임의로 결정되는 것이 아니라 세 가지 계면에서 작용하는 힘의 균형에 의해 정해지는데요 물–공기 계면, 고체–공기 계면, 고체-물 계면이며 물방울은 이 세 계면의 자유에너지 합이 최소가 되는 형태를 취합니다. 즉, 물방울의 형태는 가장 안정한 에너지 상태의 결과입니다. 우선 유리는 화학적으로 극성을 가지며, 표면에 수산기와 같은 극성 작용기가 많고 물 분자 역시 극성을 가지므로, 유리 표면과 물 분자 사이에는 강한 인력이 작용합니다.이 경우 물 분자는 물–물 사이에서 뭉쳐 있는 것보다 물–유리 사이에서 넓게 접촉하는 것이 에너지적으로 더 유리한데요 그 결과 물방울은 스스로 퍼지면서 고체 표면과의 접촉 면적을 넓히려 합니다. 이것이 우리가 유리 위에서 물이 납작하게 퍼지는 현상, 즉 친수성입니다. 반대로, 발수 코팅이나 연잎 원리를 적용한 표면은 소수성 또는 초소수성의 특성을 갖는데요 표면 에너지가 매우 낮고 물과 화학적으로 친하지 않으며 물 분자와의 인력이 약하기 때문에 이 경우 물 분자는 고체 표면과 접촉하는 것보다 서로 뭉쳐 있는 것이 에너지적으로 더 안정합니다. 그래서 물방울은 퍼지지 않고 최대한 자기 표면적을 줄이려는 방향, 즉 둥근 모양을 유지합니다. 또한 많은 코팅 표면은 미세한 돌기 구조를 가지고 있어, 물방울이 실제로는 고체 전체가 아니라 공기 위에 부분적으로 떠 있는 상태가 됩니다. 이로 인해 접촉 면적은 더욱 줄어들고, 작은 힘에도 쉽게 굴러가게 됩니다. 질문해주신 접촉각이란, 고체 표면과 물방울의 경계에서 물방울 접선이 이루는 각도이며 접촉각이 작을수록 물이 퍼지고 클수록 물이 맺힙니다. 즉 유리 위의 물방울은 접촉각이 작아 넓게 퍼지고, 발수 코팅 표면에서는 접촉각이 매우 커서 거의 구형에 가깝게 유지되는 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요.같은 양의 소금이라도 입자가 작을수록 더 빨리 녹는 이유는 표면적 증가가 용해 속도에 영항을 미치기 때문입니다. 소금이 물에 녹는다는 것은, 고체 상태의 소금 결정에서 나트륨 이온과 염화 이온이 분리되어 물 분자 사이로 퍼져 나가는 과정을 의미합니다. 이 과정은 소금 전체가 한꺼번에 사라지는 것이 아니라, 결정의 표면에서부터 조금씩 이온이 떨어져 나오는 방식으로 진행되는데요 즉, 용해는 항상 고체의 표면에서만 일어납니다. 이때 같은 질량의 소금에 대해서 굵은 소금은 입자 수는 적지만, 각 입자의 크기가 크고 잘게 간 소금의 경우에는 입자 수는 많고, 각 입자의 크기가 작습니다. 이때 중요한 점은 전체 표면적의 합인데요 소금을 잘게 부술수록, 각 입자의 표면이 새롭게 드러나면서 전체 표면적은 기하급수적으로 증가합니다. 같은 양이라도 잘게 간 소금이 물과 접촉하는 면적은 굵은 소금보다 훨씬 큽니다. 또한 용해는 표면에서만 일어나기 때문에, 표면적이 클수록 동시에 이온이 빠져나갈 수 있는 출입구가 많아지게 되는 것이며 그 결과 용해 속도가 빨라집니다. 또한 용해 속도는 고체와 용매가 접촉하는 표면적, 표면 근처의 농도 구배, 용질이 용매 속으로 확산되는 속도에 의해 결정되는데요 이 중 입자 크기는 표면적에 직접적으로 영향을 줍니다. 잘게 간 소금은 표면적이 커서, 단위 시간당 더 많은 이온이 물속으로 이동할 수 있고, 물속으로 빠져나간 이온은 빠르게 확산되어 주변 농도를 낮춥니다. 그러면 다시 표면에서 이온이 더 빠져나올 수 있는 조건이 유지됩니다. 반대로 굵은 소금은 표면적이 작아, 표면 근처에 이온이 쌓이기 쉬워지고, 이로 인해 용해 속도가 자연스럽게 느려지는 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요.공기가 안 보이는 이유는 빛과 상호작용은 하지만 그 효과가 인간의 눈으로 인식될 만큼 크지 않기 때문입니다. 우선 공기가 빛을 하나도 흡수하거나 반사하지 않아서 안 보이느냐에 대해 말씀드리면, 이것은 부분적으로만 맞고 정확하지는 않습니다. 공기는 빛을 전혀 흡수하지도, 전혀 반사하지도 않는 물질은 아닌데요 실제로 공기를 구성하는 질소, 산소, 이산화탄소 분자들은 빛과 상호작용을 합니다. 다만 그 상호작용의 강도가 극히 약하고 선택적이기 때문에, 우리 눈에는 없는 것처럼 느껴질 뿐입니다. 이때 공기는 가시광선 영역에서 투과율이 매우 높은 매질인데요, 태양빛이나 실내 조명이 공기를 통과할 때 대부분의 빛은 방향과 에너지를 거의 잃지 않고 그대로 진행합니다. 우리 눈은 물체에서 반사되거나 산란된 빛을 감지해서 보인다고 인식하는데, 공기는 그 과정이 너무 미약해서 시각 신호로 잘 잡히지 않는 것입니다. 이 과정에서 중요한 현상은 산란인데요, 사실 공기는 빛을 아주 약하게는 분명히 산란시킵니다. 대표적인 예가 하늘이 파랗게 보이는 현상입니다. 태양빛이 공기 분자에 부딪히면, 파장이 짧은 파란빛이 상대적으로 더 많이 산란됩니다. 이것은 공기가 안 보이는 것 같지만 실제로는 빛과 상호작용하고 있다는 강력한 증거입니다. 다만 이 산란은 개별 분자 하나하나가 눈에 보일 정도로 강하지 않고, 넓은 공간 전체에서 누적되어 나타나기 때문에 하늘색처럼 간접적인 형태로만 인식되는 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요.질문해주신 '염화칼슘의 습격'이라는 표현은 겨울철 제설을 위해 대량으로 살포되는 염화칼슘이 우리 생활환경 전반에 부작용을 일으키고 있다는 점을 경고적으로 표현한 것으로 보입니다. 우선 염화칼슘은 물에 녹을 때 열을 방출하는 성질이 있고, 물의 어는점을 크게 낮추는 효과가 있습니다. 그래서 눈이나 얼음 위에 뿌리면 단순히 미끄럼을 줄이는 것이 아니라, 실제로 얼음을 녹여 도로를 빠르게 확보할 수 있습니다. 또한 염화나트륨보다 낮은 온도에서도 효과가 유지되기 때문에, 한파가 심한 지역이나 급경사 도로에서 많이 사용되며 이 때문에 겨울철 도로 안전이라는 측면에서는 매우 유용한 물질입니다. 하지만 문제가 되는 것은 과도하고 반복적인 사용입니다. 염화칼슘은 눈이 녹은 뒤에도 사라지지 않고, 녹은 물과 함께 토양이나 하천으로 퍼지게 됩니다. 이 과정에서 여러 부작용이 누적되며, 마치 서서히 환경을 잠식하는 것처럼 보이기 때문에 언론에서 습격이라는 표현을 쓴 것입니다. 염화칼슘을 많이 사용했을 때 나타날 수 있는 문제점으로는 토양과 식물 피해가 있는데요, 염화칼슘이 토양에 스며들면 토양 속 이온 농도가 급격히 증가합니다. 그러면 식물 뿌리가 물을 흡수하기 어려워지고, 마치 가뭄에 걸린 것처럼 탈수 스트레스를 받게 됩니다. 그 결과 가로수의 잎이 마르거나, 봄에 새순이 잘 트지 않는 현상이 나타나며 실제로 도로변 나무가 다른 곳보다 빨리 고사하는 경우가 많은 이유 중 하나가 바로 이 염분 축적입니다. 또한 하천과 생태계에도 영향을 줄 수 있는데요, 눈 녹은 물은 결국 하천으로 흘러가게 됩니다. 이때 염화칼슘이 함께 유입되면 담수 생물에게 부담을 줄 수 있습니다. 민물 생물은 염분 변화에 매우 민감하기 때문에, 삼투압 균형이 깨져 생리적 스트레스를 받거나 생존율이 떨어질 수 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.아황산은 일상과 산업 전반에서 꽤 널리 쓰이는 화학 물질이며 핵심 역할은 산화 방지와 미생물 억제입니다. 말씀해주신 것처럼 sulfite라고 표기해도 되고 sulphite라고 표기도 가능합니다. 화학적으로는 모두 아황산 이온(SO₃²⁻)을 포함한 염류를 의미하며, 예를 들면 아황산나트륨, 아황산칼륨, 메타중아황산나트륨 등이 이에 해당합니다.아황산염의 가장 중요한 특징은 환원성인데요, 주변에 산소가 있으면 산소와 먼저 반응하여 스스로 산화되고, 다른 물질이 산화되는 것을 막아줍니다. 이 성질 때문에 아황산염은 색이 변하는 것을 막아주고 맛과 향이 변질되는 것을 억제하며 미생물 증식을 억제합니다. 아황산염은 식품 산업에서 가장 자주 등장하는데요 와인, 막걸리, 맥주 등의 발효 음료, 건과일이나 절임 식품, 일부 수산 가공품 등에 사용됩니다. 이때 갈변 방지 기능을 할 수 있는데요 과일이나 식품은 공기 중 산소와 반응하면 효소적 산화가 일어나 색이 갈색으로 변합니다. 아황산염은 산소를 먼저 소비하거나 산화 반응을 억제하여, 색을 비교적 밝게 유지시켜 줍니다. 또한 효모나 세균의 효소 작용을 억제하여 발효가 과도하게 진행되거나 부패가 일어나는 것을 막습니다. 특히 와인에서는 필요한 발효만 유지하고, 원하지 않는 미생물은 억제하는 조절자 역할을 합니다.다만 아황산염은 소량에서는 안전하지만, 일부 사람에게는 주의가 필요한데요 천식 환자 중 일부는 아황산염에 민감하게 반응할 수 있고 과다 섭취 시 두통, 위장 불편감을 유발할 수 있습니다. 이 때문에 식품에는 법적으로 허용된 최대 사용량이 엄격히 정해져 있으며, 일정 농도 이상이 들어가면 반드시 아황산염 함유 표시를 하도록 규제하고 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.비눗방울이나 액체 속 기체 기포가 대부분 구형를 띠는 이유는, 그 계가 에너지를 최소화하려는 물리적 성질과 밀접하게 연결되어 있으며 그 핵심에 표면장력이 있다고 할 수 있습니다. 표면장력이란 액체의 표면에 있는 분자들이 느끼는 특유의 힘인데요 액체 내부에 있는 분자들은 사방에서 같은 종류의 분자들과 인력을 주고받기 때문에 힘의 합이 거의 0이 됩니다. 그러나 액체의 표면에 있는 분자들은 위쪽에는 같은 액체 분자가 없고, 아래나 옆으로만 분자들이 존재합니다. 이 때문에 표면 분자들은 내부 쪽으로 끌려 들어가려는 불균형한 힘을 받게 되고, 그 결과 액체는 가능한 한 표면적을 줄이려는 성질을 갖게 됩니다. 이 현상을 거시적으로 나타낸 것이 바로 표면장력입니다.왜 둥근 모양이 되는지를 살펴보면, 같은 부피를 가진 도형들 중에서 표면적이 가장 작은 형태가 바로 구이기 때문인데요 예를 들어 같은 부피를 가진 정육면체, 원기둥, 구를 비교하면, 구가 가장 작은 표면적을 가집니다. 따라서 액체가 표면장력에 의해 자신의 표면적을 최소화하려 할 때, 자연스럽게 선택되는 형태가 구형이 됩니다. 비눗방울이나 물속 기포는 외부에서 특별한 힘이 작용하지 않는 한, 이 원리에 따라 둥글게 만드는 것입니다. 또한 표면적을 줄이는 것이 곧 에너지를 낮추는 과정이라고 할 수 있는데요 표면에는 분자 간 결합이 상대적으로 불완전하여 내부보다 에너지가 높은 상태로 존재합니다. 따라서 표면의 넓이가 클수록 계 전체의 에너지는 커지고, 반대로 표면적이 작아질수록 계는 더 안정적인, 즉 에너지가 최소인 상태가 됩니다. 물리계는 항상 이러한 안정 상태로 가려는 경향을 가지므로, 거품은 가능한 한 표면적을 줄이는 방향으로 스스로 형태를 바꾸게 되는 것입니다. 감사합니다.