안녕하세요. 이원영 전문가입니다.
전기·전자
Q. 원자핵을 이루는 입자는 무엇인가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.원자핵은 양성자와 중성자로 이루어진 원자의 핵심부이다. 이러한 입자들은 함께 핵자라고 불린다. 핵 내 양성자 수는 원소의 정체성을 결정하고, 중성자의 수는 핵의 안정성에 영향을 미친다.강한 핵력은 핵을 결합시키는 데 책임이 있다. 이 힘은 매우 강력하여, 핵 내 양성자들 사이의 전자기적 밀어내기를 극복한다. 강한 힘은 매우 짧은 거리, 몇 펨토미터 또는 10^-15 미터 안에서 작용한다.약한 핵력은 베타 붕괴와 같은 특정 유형의 핵 붕괴에 책임이 있다. 이 힘은 강한 핵력보다 훨씬 약하지만 전자기력보다 강하다.전자기력은 두 양성 입자 간의 밀어내는 힘을 담당한다. 예를 들어 핵 내 양성자들 사이에 그러한 힘이 작용한다. 이 힘은 약한 힘보다는 강하지만 강한 핵력보다는 약하다.핵 결합 에너지는 핵자들을 모두 분리하는 데 필요한 에너지이다. 이 에너지는 핵의 안정성의 척도이다. 핵자들이 더욱 긴밀하게 결합되어 있을수록 결합 에너지가 높다.매직 넘버와 핵 모델은 핵자들의 배열을 이해하는 한 가지 방법이다. 특정한 양성자와 중성자의 조합은 다른 것보다 더 안정적이므로, 핵자의 "매직" 숫자들이 존재한다. 예를 들어 2, 8, 20, 28, 50, 82 또는 126 핵자를 가진 핵들은 특히 안정적이다.핵 반응은 원자의 핵을 변화시키는 과정이다. 이러한 변화는 방사선 형태로 매우 많은 양의 에너지를 방출할 수 있다. 핵 반응은 전력 생산과 의학 영상 등 다양한 분야에서 사용될 수 있다.원자핵의 구조와 기능을 이해하는 것은 핵 물리학, 화학 및 공학을 비롯한 다양한 분야에 중요하다. 이러한 분야의 발전은 새로운 기술의 개발과 우리가 살고 있는 세상을 이해하는 데 기여한다.
화학공학
Q. 분자 과학에서 이온 결합은 무엇인가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.양이온과 음이온이 정전기적 인력으로 결합하여 생기는 화학결합이다. 대응되는 화학결합으로는 공유결합을 들 수 있으며, 대표적인 예로 소금과 같이 양성이 강한 금속과 음성이 강한 비금속의 결합물이 있다. 양이온 주위를 여러 개의 음이온이 정전기적 인력으로 둘러싸고 있는 결정구조를 이루는 경우가 많다.
화학
Q. 원자력 발전소에서의 핵분열 반응의 과정은 무엇인가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.핵분열을 일으키기 위해서는 외부에서 에너지를 공급하여 원자핵을 불안정한 에너지 상태로 만들어야 한다. 원자는 원자핵 주변에 전자구름이 있으므로 전기적으로 중성인 중성자만이 원자핵에 도달할 수 있다. 중성자가 핵분열 용이물질의 원자핵에 흡수되면 아주 짧은 시간동안 에너지 상태가 매우 불안정한 복합핵(Compound Nucleus)이 형성되었다가 즉시 두 개의 다른 원자로 분열된다우라늄 235는 중성자가 충돌하면 핵분열이 활발하게 일어나지만, 우라늄 238은 핵분열은 일으키지 않고 오히려 중성자를 흡수하는 특성이 있는데, 땅 속에서 캐내는 천연 우라늄 중에서 우라늄 235는 1%에도 미치지 못하고 나머지는 대부분 우라늄 238 입니다.
전기·전자
Q. 반도체에서 자유전자는 뭐인가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.반도체 원자들이 고체의 형태로 함께 결합하는 것을 결정(crystal)이라고 한다. 반도체는 전류를 전도하는 능력이 도체와 절연체의 중간 정도이다. 절연체는 매우 적은 자유전자를 가지므로 모든 정상적인 환경하에서 전류를 잘 흘리지 못한다. 도체인 물질은 많은 수의 자유전자를 갖고 전류가 매우 잘 흐른다.
전기·전자
Q. 전자레인지는 어떻게 음식이 데워지는건가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.전자레인지에는 2.45GHz의 진동수를 가진 전자기파가 사용된다. 이 마이크로파는 통신용으로 쓰이지 않는 범위의 주파수이며 비용적으로 저렴하고 전세계적으로 사용이 가능하다. 이러한 마이크로파에 의한 음식물의 가열 원리는 유전가열 (dielectric heating) 방식이라 불린다. 유리나 종이, 플라스틱과 같은 물질은 이 마이크로파에 의해 영향을 받지 않고 파를 통과시키지만 음식물 속 대부분을 이루는 물 분자나 그 외 지방, 당과 같은 분자에 흡수되어 음식물을 덥히는 작용을 한다.물 분자는 수소와 산소 원자로 이루어져 있는데, 수소 원자 쪽이 양전하를 띠고 있고 산소 원자 쪽이 음전하를 띠고 있는 극성분자이다. 음식물에 마이크로파를 쪼이면 이와 같은 극성 분자는 전자기파의 전기장이 양과 음으로 진동할 때 분자가 양과 음의 방향을 바꾸며 매우 빠르게 회전하여 전자기장을 따라 정렬한다. 분자의 회전에 의해 분자들이 서로 밀고 당기거나 충돌하는데 이러한 운동에너지가 음식물의 온도를 높이게 된다. 전자레인지에서 만들어지는 전자기파의 진동수는 물 분자의 고유 진동수에 가까워 물 분자는 매우 강하게 진동한다.
토목공학
Q. 작물에 비료를 주면 작물이 더 잘 자라나요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.땅에는 질소 인 칼륨이 부족합니다. 산에는 풍부한데 논과 밭에는 부족합니다. 왜냐하면 질소 인 칼륨은 동물의 배설물에서 공급이 되는데 논과 밭에는 그렇게 해주는 동물이 별로 없죠.그래서 인위적으로 비료를 주어야 하는 것입니다. 그래야 잘자라죠. 그러너 너무 과다하면 오히려 해가 된다고 합니다.
생물·생명
Q. 갯벌이 이산화탄소를 흡수를 하나요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.갯벌은 많은 플랑크톤과 많은 어류가 살아갑니다. 그 과정에서 이산화탄소를 흡수를 많이 하죠 식물성 플라크톤, 바다 식물이 많아서 이산화탄소를 많이 흡수하다고 합니다.
물리
Q. 마찰시 발생하는 마찰력이란 무엇인가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.물리 접촉하고 있는 두 물체가 상대 운동을 하려고 하거나 상대 운동을 하고 있을 때, 그 운동을 저지하는 방향으로 작용하는 저항력.마찰력의 크기는 힘에 비례하고 무게와 중력에 반비례하는 관계가 있습니다. 접촉하고 있는 두 고체면 사이에 상대적인 움직임이 있는 경우 작용하는 마찰력을 운동마찰력 또는 미끄럼 마찰력이라고 한다. 대부분의 운동마찰력은 대략 접촉면 넓이와 상대 속력과는 거의 무관하고, 접촉면에 수직으로 작용하는 수직항력에 비례한다는 것이 실험으로 알려져 있다.고체와 유체 사이의 끌림힘은 운동마찰력과 달리 고체와 유체 사이의 상대 속력이 클수록 더 크며, 또한 접촉 단면적이 클수록 더 크다.
화학공학
Q. 치약의 경우 어떻게 충치 예방을할 수 있는 건가요??
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.치약에는 플루오르라는 물질이 들어 있어 충치예방이 가능한데요. 우리가 알고 있는 불소가 바로 플루오르입니다. 플루오르가 충치에방에 사용하게 된 이유는 플루오르가 치아표면에 더 단단한 플루오르화인회석을 만들기 때운인데요. 피로인산나트륨을 첨가하게 되면 미네랄이 쌓이는 양이 줄어 치석 생성 억제에도 도움이 됩니다.
전기·전자
Q. 전기 뱀장어는 어떻게 전기를 만들어내는건가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.뱀장어의 근육 세포가 변해서 만들어진 전기판이 수천개로 이루어져 있습니다. 이 전기 판들은 병렬로 연결되어 꼬리 근육을 이루고 있습니다. 발전기관은 세 쌍으로 가장 큰 발전기관 한쌍은 길이가 거의 몸길이와 비슷하고 그 아래에 작은 발전기관두쌍이 있습니다. 각각의 전기판에서 발생하는 전기의 양은 적지만 모든 전기판에서 발생하는 전기를합하면 900V이상의 전기를 발생시킵니다.