안녕하세요. 이원영 전문가입니다.
화학공학
Q. 3d프린터는 어떤 소재를 통해서 자유자재로 제품을 만들수 있나요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.3D Systems의 소재 과학자들은 광범위한 생산 응용 분야 포트폴리오를 해결할 수 있는 고성능 소재를 새롭게 개발했습니다. 여기에는 열변형 온도가 150˚C보다 높아 UL94 V0 등급을 획득한 난연성 블랙 플라스틱 소재인 High Temp 150C FR Black, 충격 강도, 연신율, 인장 강도가 우수하여 장기간 사용하는 부품에 적합한 소재인 Tough 60C White, 환경 안정성이 우수하여 장기간 사용하는 부품에 적합한 소재인 F Tough 65C Black, 열 속성과 기계적 속성이 모두 좋은 고대비 플라스틱 소재인 Rigid Gray, 생산 등급 SLA 레진 소재인 Accura AMX Rigid Black, 그리고 색상에 최적화된 고대비 소재로 PIV 풍동 테스트에 적합한 Accura Composite PIV 등이 있습니다.그 외에도 여러가지가 있습니다.
기계공학
Q. 모터의 토크와 회전속도는 무슨 관계가 있을까요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.모터 속도 상수(Motor velocity constant, Back EMF constant)는 Kv로 표시하고 다음 식과 같다. Kv = 모터 회전 속도 / 전압모터 회전 속도는 인가 되는 전압에 비례한다.모터 회전 속도를 RPM으로 계산하면 Kv의 단위가 [RPM/V]가 되고 단위를 rad/s로 계산한면 [rad/s/V]가 된다.Kv가 78 [RPM/V]이라면 36V를 인가할 때 2808 RPM의 속도로 회전한다. 이것은 무부하일때의 속도이고 부하가 있으면 속도가 조금 줄어든다.모터 토크 상수(Motor torque constant)는 Kt로 표현하고 다음 식과 같다.Kt = 토크 / 전류모터의 토크는 인가 되는 전류에 비례한다.모든 단위를 KMS로 통일해서 나타내면 다음 식이 성립한다.Kv x Kt = 1여기서, 모터 회전 속도는 rad/s, 토크는 Nm 단위 이다.위의 식으로 Kv를 알면 Kt를 유도할 수 있다.Kv가 78 [RPM/V]이라면 8.168 [rad/s/V]와 같고, Kt는 0.122 [Nm/A]와 같다. 그래서, 40A를 인가할 때 토크는 4.897 [Nm]가 나온다. 입력 파워는 36V, 40A를 곱하면 1440W이 된다. 출력 파워는 2808 RPM은 294 rad/s이고 토크는 4.897 Nm이므로 이 둘을 곱하면 1440W가 된다. 이것은 손실이 전혀 없을 때의 이상적인 경우이고, 실제로는 출력 파워가 1440W보다 10~20% 정도 감소한다.토크는 물체에 대한 비틀림 힘이라고 부를 수 있다. 직관적으로 이해가 잘 안가는데 모터를 가정한다면 모터의 축을 손으로 잡고 힘을 줘 회전시킨다면 축이 뒤틀린다 정도로 인지를 하면 될 것 같다. 마찰이 없는 회전기가 등속도로 회전중일때, 별도의 토크가 가해지지 않는다면 계속 등속도로 운동을 할 것이고, 토크가 가해진다면 가속 운동을 할 것이다.
지구과학·천문우주
Q. 님들은 우주의 끝은 뭐라고 생각하세요
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.우주의 끝은 없는 거 같습니다. 그 너머엔 무언가 있겠죠.여러가지 학설이 있지만, 신만이 아는 영역이 아닐까 합니다. 사람이 과학을 연구하면서 점점 넓은 범위를 탐사하고 연구하지만사람의 지식이 아무리 발달한다고 하드라도 모든 것을 알 수는 없는 거 같습니다. 이 질문에는 모른다가 답일 것 같습니다.
지구과학·천문우주
Q. 남극이 북극보다 더 추운 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.사람들은 남극과 북극을 비슷하게 생각하지만 북극은 바다가 꽁꽁 얼어붙어서 육지처럼 보일 뿐이고, 남극은 얼음으로 덮인 대륙이다. 남극 대륙은 지구 상에서 가장 추운 곳으로 단단히 준비하지 않으면 얼어 죽기 십상이다. 남극이 북극보다 추운 이유는 북극이 바다인 데 비하여 남극은 대륙이기 때문이다. 남극의 연평균 기온은 영하 49.3℃이며 동ㆍ남부 고원 지대에서는 영하 70℃까지 내려간 일이 있었다고 한다. 지금까지 관측된 자료 중 최고치는 러시아의 보스토크 기지에서 1983년 7월 21일의 영하 89.2℃가 관측되었다고 한다.바다보다는 땅이 더 춥네요. 우리가 살고 있는 모든 대륙이 비슷한 거 같습니다.
지구과학·천문우주
Q. 지질시대란 무엇이고, 어떤 특징을 가지는지 알려주세요.
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.지구가 탄생한 약 46억 년 전부터 현재까지의 기간을 지질 시대라고 한다. 지질 시대를 4단계로 나눠보면 선캄브리아 시대, 고생대, 중생대, 신생대이다.-가장 오래된 화석: 스트로마톨라이트*스트로마톨라이트: 광합성 활동 중인 남세균 매트의 끈끈한 석회질 성분에 물에 떠다니던 가는 모래 입자들이 포획되어 층층이 쌓여 자라난 생물기원의 퇴적 구조-화석이 거의 발견되지 않는 시대-지각 변동이 활발 -> 당시의 환경을 알기 어려움-오존층이 없어 자외선이 매우 강함 -> 육지에서 생물이 살지X-남세균 출현(바다) -> 얘가 광합성을 하면서 대기에 산소가 축적되기 시작-말기: 다세포 생물 출현-표준화석: 삼엽충, 필석, 갑주어, 방추충-기후: 대체로 온난. 중기와 말기에 빙하기가 있었음-오존층 형성 -> 최초의 육지생물 출현-바다: 무척추동물(삼엽충, 완족류), 어류(갑주어)-육지: 양서류, 대형 곤충-양치식물(고사리)-말기에 초대륙 판게아 형성-표준화석: 암모나이트, 공룡, 시조새-기후: 대채로 온난. 빙하기X-판게아 분리 -> 인도양과 대서양이 형성되기 시작-지각 변동 활발-바다: 암모나이트-육지: 공룡(파충류), 시조새-겉씨식물(은행나무, 소나무)-표준화석: 화폐석, 매머드-기후: 전기는 온난, 후기는 빙하기와 간빙기 반복-대륙의 이동과 분리 지속 -> 인도양과 대서양 넓어짐 -> 현재와 비슷한 수륙 분포-바다: 화폐석-육지: 매머드(포유류)-속씨식물(단풍나무, 참나무)-말기: 인류의 조상 출현많은 도움이 되었으면 좋겠습니다.
토목공학
Q. 서울에서 부산까지 10분이면 가는 기차가 가능한가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.이러한 기차가 빨리 개발이 되어 우리나라가 선두에 나섰으면 좋겠습니다.4차 산업혁명 기술이 개발되면서 초연결사회(Hyper Connected Society)로 나아가고 있는데요. 이를 위한 5세대 초고속 운송수단 필요성이 대두되고 있습니다. 그중 하나가 바로 하이퍼튜브입니다. 하이퍼튜브는 0.001기압 이하의 아진공 튜브 안을 음속에 가까운 1200km/h로 주행할 수 있는 신개념 초고속 육상 교통시스템인데요. 항공기 속도를 가지면서 철도의 장점인 접근성, 안전성, 친환경성을 보유한 것이죠.미국에서는 2013년 엘론 머스크에 의해 하이퍼튜브의 개념이 처음 소개된 이후 테슬라에서 미래형 친환경 모빌리티로 연구개발에 속도를 내고 있는데요. 한국철도기술연구원도 지난 2016년부터 하이퍼튜브를 연구개발하고 있습니다. 1000km/h 이상 초고속으로 주행하는 하이퍼튜브는 공기저항을 최소화해 진공상태에 가까운 튜브 속을 달리도록 만드는 것이 핵심기술인데요. 한국철도기술연구원은 2020년에 독자 개발한 축소형 튜브 공력시험장치에서 1019km/h를 달성했습니다. 통상 국제선 항공기의 비행 속도가 시속 800~1000㎞ 것을 감안하면, 지상에서 국제선 항공기 속도보다 빠르게 이동한 것이죠.이 공력시험장치는 본래의 1/17 규모로, 하이퍼튜브 차량, 차량을 초고속으로 주행하게 하는 발사부, 아진공 튜브와 제동부 등으로 구성되어 있습니다. 세계 최초로 개발한 이 장치는 차량속도 100~1,000km/h 이상, 튜브 내 압력 0.1 ~ 0.001 기압 이하의 범위에서 필요한 조건으로 다양한 주행시험이 가능한데요. 지금까지 사용되었던 해외의 에어건 형식 튜브 공력시험장치는 시속 600km, 1기압이 최고 수준이던 것에 비해 다양한 시험이 가능합니다.하이퍼튜브는 상용화되고 세계시장의 약 30% 점유시, 2030년 기준으로 183조원의 신산업 창출 효과를 예상할 정도로 고부가가치 산업인데요. 기술이 개발되어 전국을 30분 이내에 연결하여 경제도 활성화하는 하이퍼튜브 기술이 빠르게 개발되기를 기대합니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구 내부의 각 층이 가지고 있는 특징과 그 역할은 무엇인가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.지각지표면에서 모호면 사이를 지각이라 부릅니다.대륙은 화강암질 암석(밀도 2.7g/ cm2)이 대부분이며 평균 35km입니다.해양은 현무암질 암석(밀도 3.0g/ cm2)이 대부분이며 평균 5km입니다.고체 상태로 암석으로 구성한 지구의 겉 부분으로 가장 얇은 층입니다. 맨틀모호면에서 깊이 2,900km 까지를 맨틀이라 부릅니다.대부분 감람암질 암석(밀도 3.3g/cm2)으로 구성하고 있습니다.유동성이 있는 고체 상태로 지구 전체 부피의 80%를 차지합니다. 외핵깊이 2,900km에서 5,100km까지입니다.대부분 철과 니켈 등의 무거운 물질(밀도 10~13g/ cm2)로 구성하고 있습니다.S파가 통과하지 못하여 액체 상태여로 추정하고 있습니다. 내핵깊이 5,100km에서 지구 중심까지입니다.대부분 철과 니켈 등의 무거운 물질(밀도 10~13g/ cm2)로 구성하고 있습니다.P파의 속도가 갑자기 증가하는 것으로 고체 상태로 추정하고 있습니다.도움이 되었으면 합니다.
전기·전자
Q. 전자파가 사람한테 어떤 영향을 주는지 알고 싶어요
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.지난 6월 호주 시드니대 연구팀은 30년 동안의 자료를 활용해 “휴대폰은 급격히 보급됐지만, 뇌종양 발병률은 높아지지 않았다”는 연구 결과를 내놓았다. 미국 일간지 는 “100만 명 이상의 여성을 대상으로 한 영국과, 35만 명을 상대로 한 덴마크 등의 연구에서도 종양과 전자파의 연관 증거가 나오지 않았다”고 전했다. 가전제품 등에서 발생하는 극저주파 또한 걱정할 필요가 없다고 전문가들은 말한다. 단국대 전기전자공학부 김윤명 교수는 “모든 가전제품이 출시하기 전, 전자파에 대한 안전기준을 거치기 때문에 잘못된 방법으로 사용하지 않는 한 인체에 유해한 전자파가 발생하지 않는다”며 현재 많은 사람들이 지나치게 우려하는 경향이 있다고 말했다. 이어 김 교수는 “전 세계에서 전자파의 인체 유해성에 대한 많은 연구가 실시되고 있는데, 대부분의 연구가 ‘전자파의 인체 유해성에 대한 어떠한 영향도 못 찾겠다’고 말하고 있다”며 “일부 소수의 연구만이 ‘관련이 있어 보인다’고 발표되고 있는 실정이다”고 말했다.방송통신위원회에서는 국내 전자파 인체보호 기준치를 국제권고기준인 2W/kg보다 엄격한 1.6W/kg으로 설정하고 있다. 이는 미국과 같은 수준으로, 위험 예상 가능 수준보다 50배 더 엄격하게 설정된 값이다. 또한, 우리나라는 2013년에 세계 최초로 휴대폰 전자파 등급제를 도입했다. 휴대폰에서 나오는 전자파의 측정치가 0.8W/㎏ 이하면 1등급으로 표시되는 등, 이에 따라 국내에서 사용되는 모든 휴대폰은 전자파 등급을 표시해야 한다. 휴대폰 외 다른 전자기기제품 출시 시에도 해마다 강화되는 안전기준을 거치므로 문제가 없다는 것이 전문가의 입장이다. 한국전자통신연구원(ETRI)의 최형도 전파기술연구부장은 “전자파 허용 기준을 더 엄격하게 강화해도 과도한 불안감은 해소되지 않을 것이다”며 “사회적 갈등요소가 생겼을 때 이해 당사자가 모여 어떻게 극복할지 소통해 문화적 해결 방안을 찾아가는 것이 바람직하다”고 말했다. 다만, 오랜 시간 동안 전자파에 노출되는 경우 인체에 영향을 주는가에 대한 명확한 연구결과가 없기 때문에, 잠재적인 요인을 위해 사전에 방어할 수 있는 조치를 취하는 것이 바람직하다고 전문가들은 말한다.
지구과학·천문우주
Q. 열대야란 무엇이고, 어떤 원리로 발생하는지 궁금합니다.
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.한여름의 불청객 열대야! 열대야가 생기는 이유는 무엇일까요? 열대야 현상은 낮 동안 태양열로 달구어진 지면의 열이 밤중에 복사현상으로 대기 중으로 방출되어 밤에도 기온이 떨어지지 않을 때 생깁니다. 오후 6시부터 다음날 오전 9시까지 기온이 25도 아래로 떨어지지 않는 현상을 말하는데요. 보통 열대야는 뜨거운 열기만 있을 때보다는 습도가 같이 높을 때 자주 발생하는데요. 특히 에어컨 실외기 같은 인공적인 열이 많이 발생하는 대도시, 차량이 많은 도심에서는 열섬효과까지 더해지므로 열대야가 자주 나타나죠. 열대야 극뽀옥! 숙면 이루는 열대야 극복 방법열대야 때문에 잠을 이루지 못한다면 집중력 저하, 소화불량 등 일상생활에 영향을 줄 뿐만 아니라 건강에도 악영향을 미치므로 적당한 해결이 중요합니다. ✔ 수면부족이 일으키는 부작용 사례- 계속 켜둔 컴퓨터가 과열되듯 뇌세포 손상 우려 - 면역력 저하로 감기 발생률 3배 이상 증가- 수면 시간 7~8시간 이하 시 당뇨병 발생 우려- 불면증으로 인한 우울감 극대화 - 식욕 억제 능력이 낮아져 비만 위험도가 높음열대야는 여름에 복사열 때문에 생기네요...
전기·전자
Q. 리튬인산철과 삼원계배터리의 차이가 무엇이고 장단점이 무엇인가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.삼원계 배터리란,현재 우리나라 제조사들의 주력 계열인, 리튬이온은 크게 양극재와 음극재 그리고 분리막으로 구성됩니다. 이를 NCM 계열이라고도 하는데, 그 이유는 니켈(Nickel), 코발트(Cobalt), 망간(Manganese)의 세 가지 물질을 혼합하여 양극재를 만들기 때문이며, 이것을 삼원계 배터리라고 합니다. 이에 반해 양극재를 리튬인산철을 사용하게 되면 NFP(리튬인산철 계열)BATTERY라고 불리게 됩니다.리튬인산철 BATTERY는 노벨화학상을 받은 미국의 굿이너프라는 박사가 1990년대부터 연구개발하기 시작하였습니다. 하지만, 예전의 기술로 상용화를 하기에는 보완해야 할 단점이 많았던 나머지, 미국의 A123라는 업체와 우리나라의 한화가 이 리튬인산철 BATTERY 사업을 시도하려다가 포기해 버린 사례가 있습니다. 리튬인산철 배터리는 삼원계보다 저렴하며, 안전성도 삼원계보다 상대적으로 높은 편입니다. 그리고 충전 속도가 빠르다는 점이 상용화를 앞당기는 데 도움이 될 것으로 보입니다.하지만, 에너지밀도가 낮아 삼원계의 60~80%의 용량밖에 되지 않는다는 점, 주행 가능 거리가 짧다는 것이 단점으로 꼽힙니다.