안녕하세요 성심껏 답변 드릴 김경렬 전문가입니다.
전기·전자
Q. 자기부상열차의 원리가 궁금합니다.
안녕하세요. 김경렬 과학전문가입니다.자기부상열차를 부상시키는 방식은 자석의 같은 극끼리 서로 잡아당기는 인력을 이용하는 흡인식과, 서로 밀어내는 척력을 이용하는 반발식이 있습니다.흡인식 자기부상열차는 주로 열차에 있는 전자석이 철제의 레일 아래에서 위쪽으로 달라붙는 구조를 가지고 있습니다. 여기서 전자석에 전류가 흐르면 철판에 붙으려는 힘, 즉 레일 쪽으로 흡인력이 발생하여 전자석과 함께 차체가 위쪽 방향으로 올라감으로써 부상되는 것입니다.이때 전자석에 전류가 계속 흐르면 흡인력이 계속 유지되고, 전자석은 결국 레일 아래에 붙게 되는데, 이렇게 되면 열차는 움직일 수 없게 됩니다.따라서 레일에 붙기 전에 전류를 끊으면 전자석의 흡인력이 없어지고 부상이 정지되어, 열차 무게 때문에 아래방향으로 내려가게 됩니다. 또한 전류가 계속 끊어져 있으면 흡인력이 없기 때문에 열차는 레일위에 닿아 올려 져 있는 모양이 되어 역시 움직일 수 없게 됩니다.따라서 열차가 완전히 레일위로 내려앉기 전에 다시 전류를 흘려 흡인력을 발생시키고, 열차가 부상되도록 합니다.이와 같은 전자석의 동작을 반복함으로써 열차가 레일과 일정간격을 유지하면서 부상되어 있도록 합니다.반발식자기부상열차는 보통열차에 장착한 강한자석과 궤도에 연속적으로 배치한 코일로 구성됩니다.궤도코일의 윗면을 열차의 자석이 이동하게 되면 전자기 유도원리에 의해 코일의 자기극은 이동하는 자석과 같은 극이 되어, 두 극 사이에 반발력이 발생하게 됩니다.열차의 자석이 N극일 때 레일의 전자석(코일)도 같은N극 이어서 서로 밀어내게 되고, 이때 그 앞의 전자석은 S극이므로 열차가 앞으로 가는 동안 전자석의 전류방향을 반대로 하여 N극으로 바꾸게 되면 열차의 부상은 계속 유지되게 됩니다.이와 같이 반발식자기부상열차는 열차와 레일간격이 작아지면 자동적으로 반발력이 증대하여 부상하게 되므로 별도의 자기력 제어는 하지 않기도 합니다.
화학
Q. 멘토스와 콜라의 폭팔 현상에 대해 문의 드립니다
안녕하세요. 김경렬 과학전문가입니다.콜라에 멘토스를 넣으면 일어나는 현상은 물리적인 반응으로, 콜라 속에서 멘토스의 겉 부분이 바로 녹지 않고 유지되다가, 콜라가 멘토스 겉 부분에 닿게 되면 몰입력과 함께 거품이 일어나며 콜라의 가스와 함께 확장되는 원리에 기인합니다. 뿜어지는 현상은 콜라 속의 가스와 멘토스 덩어리가 함께 확장하면서 발생하는 것입니다.
화학
Q. 물에 불순물이 들어가면 왜 끊는점이 올라가나요?
안녕하세요. 김경렬 과학전문가입니다.순수한 용액에 비휘발성 물질을 섞으면 끊은점이 올라가죠. 이 현상을 끊은점 오름 현상이라고 합니다.왜 끊은점이 올라 가냐면 표면 입자수와 관련있습니다.물질이 끊은다는 것은 액체 상태의 분자가 에너지를 얻어 기체 상태의 분자 된어 날라가는 것을 말합니다이 액체상태에서 분자가 기체 상태의 분자로 바뀌려면 용액의 표면에서 이 상태 변화가 일어나게 돼죠.이때 비휘발성 물질을 섞는다면 이 비휘발성 물질의 입자가 용액의 표면에 일정량 분포하게 됩니다.일정한 표면에 용액입자수가 줄어 들게 되고 그만큼 잘 끊지않아서 끊은점이 올라가게 굅니다.예를들어 물을 끊인다고 한다면 순수한 물은 물의 표면에 모두 물분자가 분포 하므로 일정한 온도에서 끊게됩니다.하지만 비휘발성 물질을 섞게 된다면 이 비휘발성 물질 입자가 물표면에 일정량 분포하게 됩니다.이때에는 순수한 물표면의 물분자 보다 혼합물의 표면에 분표하는 물 입자 수가 줄어 들게 됩니다.따라서 물입자수가 줄어든 만큼 물이 기체상태로 변화하는데 더 많은 시간과 에너지가 필요하지요.그래서 물의 끊은점이 올라가는 것입니다순수한 용매보다 비휘발성 용질이 녹아있으면 용액(용매+용질)이 증발하는 것이 더 힘들어집니다. 그것은 용액 표면의 용질입자가 용매의 증발을 막기 때문이죠.
지구과학·천문우주
Q. 우주선에서 멀미를 할수도있나요??
안녕하세요. 김경렬 과학전문가입니다.우주선도 날기 위해선 가속이 필요할거구 마찰 진동은 없더라도 기계 자체내의 진동이 있을것으로 생각되기 때문에 당연히 멀미 날 것이라고 생각합니다.우주선이 속도가 변하는 동안, 즉 중력가속도가 생기는 동안은 멀미를 한다고 합니다.
화학
Q. 탄산을 만들어내는 원리가 궁금합니다
안녕하세요. 김경렬 과학전문가입니다.CO3는 탄산이온입니다. CO2가 물에 녹아 탄산이온이 형성되는겁니다. 탄산수 제조기는 안에 CO2가 고압상태로 들어있는 탱크가 순간적으로 물에 뿌림으로써 그 기체로인해 압력이 증가하고 순간적으로 CO2가 물에녹아 탄산수가 됩니다. 그리고 콜라캔은 꽤 빵빵하죠. 이로써 내부 압력이 강하다는것쯤은 그냥 알수가있네요. 기체는 차가운곳에서 더 잘녹으니 냉장보관하고 밀봉을 잘 하면 됩니다.