안녕하세요. 이원영 전문가입니다.
화학
Q. 원자력 핵발전 원리에 대해 궁금합니다.
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.모든 물질의 바탕이 되는 원자들은 안정해지려는 경향이 있습니다. 우라늄이나 플루토늄처럼 핵이 무거운 원자는 안정해지기 위해 자연상태에서 계속 분열합니다.원자핵이 분열할 때는 2~3개의 중성자와 많은 에너지가 나오며, 이 중성자가 또 다른 원자핵과 부딪혀 다른 중성자와 에너지를 쏟아냅니다. 이러 핵분열이 반복되면서 거대한 에너지가 발생하는데, 이것이 원자력입니다.원자로에는 핵연료뿐 아니라 물이나 흑연이 같이 들어갑니다.범퍼카처럼 좌충우돌하는 중성자 속도가 너무 빠르면 핵분열이 일어나기 어렵기 때문에 감속재를 넣어중성자 속도를 늦춰줍니다.이 원자로에서 핵분열이 일어나면 연료봉 온도가 섭씨 2000도 이상으로 달아오르고, 이 열 때문에 원자로와 증기발생기를 연결하는내부 관 온도가 320도까지 오릅니다.이때, 뜨거워진 관이 증기발생기 안에 있는 물을 데우면 증기가 터빈을 돌리면서 발전합니다.이렇게 발전소에서 터빈을 돌리고 나온 증기는 찬 바닷물을 초당 50~60t씩 이용해 냉각시킨 후 물로 만들어 다시 증기발생기로 돌려보냅니다.냉각에 사용한 바닷물은 들어오기 전보다 온도가 약 7℃ 올라가지만, 방사성 물질이 없기 때문에 다시 바다로 배출합니다.원자력발전소는 크게 원자로, 가압기, 증기발생기, 터빈/발전기 그리고 복수기 등으로 구성되며,이 외에도 원자로가 안전하게 운전될 수 있도록 여러가지 제어장치와 안전설비가 있습니다.원자로 : 원자력연료에서 핵분열을 통해 발생된 열로 냉각수를 약 320℃의 고온으로 데움가압기 : 원자로의 냉각수가 끓지 않도록 약 150기압의 고압상태를 유지 시켜줌증기발생기 : 고온/고압의 물을 열교환 방식을 통해 증기를 생산함터빈/발전기 : 증기에너지를 전기에너지로 변환시킴복수기 : 전기를 만들고 난 증기를 바닷물 또는 강물로 열교환 방식에 의해 냉각시켜 증기발생기로 다시 보냄원자력발전소에는 약 200여개의 각기 다른 기능을 가진 계통이 있습니다.여기에는 사고를 사전에 예방하는 목적과 사고가 나면 완화시켜주는 목적의 계통이 포함되어 있습니다.그리고 방사선과 방사능물질이 격납건물 외부로 방출되지 않도록 설계되어 있어 안정성을 확보하고 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 과연 미래로의 시간 여행이 가능 할까요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.미래여행은 과거여행에 비해 쉽다. 상대성이론의 시간지연효과를 이용하면 된다. 빠르게 움직이거나, 아주 큰 중력을 가진 블랙홀 같은 곳으로 여행하면 시간이 천천히 흐르기 때문에 미래로 시간을 여행할 수 있다. 지금도 우주비행사들은 아주 짧은 시간이지만 시간여행을 경험하고 있다. 세 번의 우주비행으로 총 748일간 궤도에 있었던 러시아 우주비행사 세르게이 아브데예프(Sergei Avdeyev, 1956~)는 이미 5분의 1초 정도 미래로 여행했다. 우주정거장이 시속 2만 7200km 이상의 속도로 비행해 시간이 지연됐기 때문이다.아직은 불가능하다고 합니다.
물리
Q. 자전거는 어떻게 넘어지지 않고 설 수 있을 까요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.○ 캐스터 효과, 운전대 축이 몸 쪽으로 기운 이유캐스터 효과는 자전거가 한쪽으로 기울면 그 방향으로 앞바퀴가 꺾이는 현상이다. 앞바퀴를 좌우로 조작하는 운전대와 바퀴 중심을 지나는 연장선이 앞바퀴가 지면과 만나는 곳보다 앞에 있을 때 생기는 효과다. 자전거를 타고 가다 넘어지려 할 때 그 방향으로 운전대를 틀어서 균형을 잡았다면 사람이 직접 캐스터 효과를 시행한 셈이다. 이삼현 연세대 물리학과 교수는 “손바닥에 막대를 세워 균형을 잡을 때 쓰러지려는 쪽으로 손바닥을 움직이면 다시 서는 것과 같은 원리”라며 “캐스터 효과는 손바닥이 알아서 움직이는 것”이라고 비유했다.○ 바퀴 작아지면 약해지는 ‘자이로스코픽 효과’자이로스코픽 효과도 자전거가 쓰러지지 않도록 해준다. 이 효과는 바퀴처럼 회전하는 물체에서 발생하는데 움직이는 속도가 빠르고 바퀴가 클수록 잘 일어난다. 동전이나 훌라후프 링을 세워서 빠른 속도로 굴리면 앞으로 나간다. 동전이나 링은 굴러가다가 바로 쓰러지지 않고 한쪽 방향으로 기울면서 쓰러질 듯 말 듯 균형을 유지하게 된다. 자전거도 달리고만 있다면 잘 넘어지지 않는다. 속도가 붙은 자전거에서 손을 떼어도 일정 시간 넘어지지 않고 가는 원리다.
지구과학·천문우주
Q. 우리가 보는 하늘은 얼마나 무거울 까요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.대기의 무개를 우리는 대기압이라는 단위를 써서 표현을 합니다. 단위면적당 누루는 힘을 우리는 대기압이라 합니다. 단위면적이란, 단위가 1인 면적을 뜻 한다압력 = 단위면적당 수직으로 작용하는 힘위의 그림 처럼,한 변의 길이가 1m인 정사각형 면이 받는 힘이 압력이라는 뜻 이다.이 것을 좀 풀어보면,한 변의 길이가 1m인 정사각형 면 위를 힘(F)로 누를 경우 이 면이 받는 압력(P)는 힘/면적이 된다. 그런데, 힘은 뉴턴(N)이고 면적은 m2 이므로 압력(P)=N/m2가 되는 것이다. 그리고 이 것을 처음으로 정립한 사람이 파스칼(Pascal, Blaise)이라 단위를 Pa(파스칼)이라 쓴다.
지구과학·천문우주
Q. 비행기가 하늘에 뜰 수 있다면 그 무게는 제한이 없을까요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.양력이 허락하고 큰 동체가 견딜 수만 있다면 아무리 커도 날 수 있을 것입니다. 현재의 기술로는 한계가 있을 듯합니다. 엔진도 그렇고, 동체가 견딜 수 있을지도 그렇고미래에는 실현될 수도 있겠죠
전기·전자
Q. 이차전지의 양극제, 음극제는 어떤 물질로 이루어져 있는지요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.음극재 : 천연 흑연, 인조 흑연, 저결정탄소, 실리콘 리튬이 6개의 탄소 원자에 포위된 LiC₆Li+6C=LiC₆ 형태로 저장양극재 : 니켈, 코발트, 망간, 리튬
생물·생명
Q. 나이테의 모양이 다양한 이유는?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.나이태이 모양이 다양한것을 볼 수 있습니다. 이것은 자라는 환경이 다르기 때문입니다. 뭔가 눌려 있거나 하면 그 모양대로 자라고 또 남쪽과 북쪽 햇볕을 잘 받는 방향 바람이 부는 방향 등이 달라서 생육에 더 좋은 쪽으로 길게 늘어선 모습을 볼 수 있습니다.
토목공학
Q. 비행기에도 와이퍼가 장착이 되어있나요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.항공기에도 와이퍼가 장착되어 있습니다. 비가오면 물방울로 인하여 시야가 방해 되기 때문입니다.
지구과학·천문우주
Q. 태양열은 거리에 따라 차이가 많이 납니다.
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.태양열은 거리에 따라 그 크기가 달라집니다. 한 곳에서 출발에서 사방 공간으로 그 열이 발산되기 때문입니다. 태양열의 크기는 거리의 3제곱에 반비례합니다.
지구과학·천문우주
Q. 우주에서는 악기를 연주하면 소리가 들리지 않나요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.우주에서 연주한다면 들리지 않습니다. 소리는 파동입니다. 매질이 있어야 전파되거든요.그런데 우주에는 소리를 전달할 만한 매질이 존재하지 않습니다.