안녕하세요
김도건 전문가입니다.
Q. 차가운 물과 뜨거운 물 중 왜 뜨거운 물이 먼저 어나요?
뜨거운 물이 차가운 물보다 빨리 어는 현상을 음펨바 효과라하며 최근까지도 정확한 원인을 알아내지 못했습니다. 그러나 싱가포르 난양기술대학의 순장칭 교수와 장시 박사팀은 2013년 11월 발표한 논문에서 음펨바 현상의 원인을 수소 결합과 공유 결합의 상관관계에서 찾은 연구결과를 발표하면서 오랜 시간 동안 풀리지 않던 수수께끼가 풀리게 되었습니다.논문의 내용은 다음과 같습니다. 하나의 물 분자는 산소 원자 하나와 두 개의 수소 원자가 공유결합으로 연결되어 이루어진다. 공유결합은 원자들이 전자를 공유하는 것으로, 이미 잘 이해되어 있다. 그런데 산소와 수소의 전기 음성도 차이로 인해 상대적으로 산소가 공유하고 있는 전자를 수소보다 더 끌어 당기게 되고, 따라서 물 분자는 부분적으로 극(Polar)을 가지게 된다. 그리고 만들어진 서로 다른 두 극은 다른 분자와 수소 결합이라는 분자 간 인력을 만들어낸다.논문에 따르면, 저온에서는 물 분자들 사이의 수소 결합이 물 분자들을 끌어들이면서 물 분자 내부에 자연적인 척력이 발생하고 이로 인해 각각의 물 분자 내에 존재하는 산소 원자-수소 원자간 공유 결합의 길이가 길어지는데, 이를 위해서 에너지를 필요로 한다는 사실에 주목했다. 길어진 공유 결합을 유지하기 위해 그만큼 더 많은 에너지를 가져야하는 것. 하지만 고온에서는 물 분자들의 간격이 넓어지면서 수소 결합이 길어진다. 수소 결합의 방해가 사라졌으니 척력도 없어져 물 분자 내부의 산소 원자와 수소 원자 사이의 공유 결합 길이가 짧아지면서 결합 유지에 필요한 에너지를 제외하고 남는 에너지를 방출한다는 사실을 밝혀냈다. 여기서 중요한 것은, 공유 결합이 에너지를 방출하는 것은 본질적으로 냉각 과정과 동일하다는 것으로, 물은 특이하게도 가열하면 공유 결합 길이를 줄이면서 결합에 필요한 에너지만 남고 잉여 에너지를 내놓는다. 따라서 이러한 상태에서 뜨거운 물과 찬 물을 동시에 냉각하면 뜨거운 물은 잉여 에너지 양이 많아 냉각시 더 빠른 속도로 에너지를 방출하게 되는 것이다. 연구팀은 각각의 물 초기 온도를 다르게 한 뒤 냉각시 에너지 방출량을 측정하는 방식으로 음펨바 효과를 입증했다. 순장칭 교수는 "물이 에너지를 방출하는 속도는 물이 지닌 초기 에너지 상태에 따라 달라진다"고 설명했다.
Q. 라디오 주파수 수신 범위는 얼마나 되나요?
중파방송은 최초의 라디오 형태로서 진폭변조(AM)방식을 취해 MF대 526.5㎑~1,606.5㎑ 까지의 주파수대를 이용하여, 9㎑ 간격으로 총 120개 채널을 방송국별로 주파수를 허가 받아 사용하고 있는 방송을 말합니다.중파대 전파는 낮에는 지상 100km 정도의 상공에 발생하는 전리층(D·E층)에 흡수되어 버리고, 수신 안테나에 포착되는 전파는 주로 지표를 따라서 전파하는 전파뿐이므로 도시를 중심으로 해서 그 주변 지역을 수신 대상으로 하는 것이 적합하지만, 야간에는 D·E층이 없어지고, 200~400km 상공에 발생하는 전리층(F층)에서 반사되므로 수천 km나 멀리 전파되는 경우도 있다고 합니다.
Q. 집에서 키우는 식물이 햇빛을 보지 않는데도 잘자라는데 어떤 이유로 그런건가요??
식물은 빛이 없어도 자랄수 있는지 묻는다면 불가능하다고 할 수 있습니다. 모든 고등식물은 햇빛이 있어야 광합성용 에너지 발전소를 돌릴 수 있습니다. 다만 햇빛을 아주 소량만 쬐더라도 잘 자라는 식물이 있습니다. 이러한 식물도 계속해서 햇빛을 보지 않는다면 결국 죽게 될 것입니다.
Q. 밤에 길고양이들을 보면 눈이 빛나는 이유
고양이 뿐 아니라 사람의 눈도 밤에 보면 눈이 빛나는 것은 동일합니다. 고양이와 사람의 눈을 비교한다면 고양이는 야행성 동물입니다. 야행성 동물은 밤에도 잘 볼 수 있도록 망막에 최대한 많은 간상세포가 있습니다. 고양이 눈에는 사람보다 6~8배 더 많은 간상세포가 있어 밤에도 잘 볼 수 있습니다.
Q. 터널에서 밝은 곳으로 빠져 나가는 상황에서의 순간 변화?
어두운 곳에서 갑자기 밝은 곳으로 나갔을 때 눈이 부셔서 얼른 눈을 뜰 수 없게 되지만 조금 지나면 점차 밝은 빛에 적응하여 시력이 정상으로 돌아오는 현상을 명순응이라고 합니다. 아마도 사진관의 암실이나 영화관에서 밖으로 나올 때 명순응을 경험하셨을 겁니다.밝은 곳에서의 주간시각은 눈동자 중심부의 추상체 세포가 활동하여 촛점을 맞추면 똑똑하게 보이고 어두운 곳에서의 야간시각은 눈동자 둘레의 간상체 세포가 활동하여 촛점을 맞추기가 어려워 시야의 모든 물체가 막연하게 어떤 형체만 보이게 됩니다. 주간시각과 야간시각의 상호교체 가동은 동작조리개로 이루어집니다. 따라서 어두운곳에 있다가 갑자기 밝은 곳에 나왔을 때, 반대로 밝은 곳에 있다가 갑자기 어두운 곳 으로 들어갔을 때, 잠시 시력을 잃게 될 정도로 시력이 급격히 저하되는 것입니다.