안녕하세요. 이종민 전문가입니다.
전기·전자
Q. 전기학에서 페르미 레벨은 무엇인가요?
안녕하세요. 이종민 과학전문가입니다.페르미 레벨(Fermi Level)은 고체 내의 전자 에너지 상태를 설명하는 개념 중 하나입니다. 이는 고체 내에서 전자의 이동 가능한 에너지 상태 중에서 가장 높은 에너지를 가지는 상태를 나타냅니다.페르미 레벨은 고체 내의 전자와 같은 편협박자들의 평균 에너지를 나타내는데, 이는 온도와 같은 요인에 따라 달라집니다. 또한 페르미 레벨은 고체 내 전자의 이동을 결정하며, 전자가 페르미 레벨 아래에 위치하면 전자는 다른 이동 가능한 상태로 이동할 수 있지만, 페르미 레벨 위에 위치하면 전자는 이동할 수 있는 다른 상태가 없으므로 해당 상태에서 정체됩니다.
토목공학
Q. 범퍼카 뒤에 달린 긴 막대는 무엇인가요?
안녕하세요. 이종민 과학전문가입니다.놀이공원에서 제공하는 범퍼카는 흔히 "전기 자동차"라고도 불립니다. 이 자동차들은 전기를 이용하여 움직이며, 바닥에 설치된 금속판을 통해 전기가 공급됩니다.그리고 뒤쪽에 달린 긴 막대는 보통 "연결 봉" 또는 "사이드 테더"라고 불립니다. 이 막대는 주로 안전을 위해서 설치됩니다. 만약 두 대의 범퍼카가 충돌하여 서로 밀려나면, 이 막대가 충격을 흡수하여 차체가 급격하게 흔들리거나 뒤집히는 것을 방지합니다.또한 이 막대는 범퍼카를 제어하는 역할도 합니다. 막대가 길어질수록 운전자는 차의 방향을 더욱 쉽게 제어할 수 있습니다. 그리고 만약 운전자가 범퍼카를 제어하지 못하고 사이드 테더를 급발진하여 천장에 부딪히게 된다면, 막대는 범퍼카의 운전석 옆 벽면에 부딪혀 차체가 뒤집히는 것을 방지하는 역할도 합니다.
화학
Q. 자연발화는 어떠한 조건에서 발생하나요?
안녕하세요. 이종민 과학전문가입니다.자연발화는 일반적으로 세 가지 조건이 동시에 충족될 때 발생합니다. 이러한 조건은 "화염 삼각형"이라고도 불립니다. 이 조건은 다음과 같습니다.연소물: 연소가 일어날 수 있는 연료가 존재해야 합니다. 연료는 고체, 액체 또는 기체 형태가 될 수 있습니다.산소: 연소에 필요한 충분한 양의 산소가 있어야 합니다. 공기는 대부분 질소와 산소로 이루어져 있으며, 일반적으로 산소의 비율은 21%입니다.열: 충분한 열이 제공되어야 합니다. 이는 연료를 가열하고 화학 반응을 시작하는 역할을 합니다. 초기에는 불이 붙은 이후에는 충분한 열이 자체적으로 발생하여 연소가 지속됩니다.따라서, 연료, 산소, 열이 적절한 비율로 조합될 때, 자연발화가 발생할 수 있습니다.
물리
Q. 무게의 단위중에 Kgf가 있는데 여기서 f는 무엇인가요?
안녕하세요. 이종민 과학전문가입니다.Kgf는 "Kilogram-force"의 약자입니다. 이는 중력의 힘을 뉴턴(N)이 아닌 킬로그램(kg)으로 표시하는 방법 중 하나입니다. 즉, 1 Kgf는 무게가 1kg인 물체가 중력 가속도에 의해 받는 힘의 크기와 같습니다. 따라서 "f"는 "force"를 나타내는 것이 아니라 "kilogram-force"를 나타내는 약어 중 하나입니다.
생물·생명
Q. 매미는 크기도 작은데 소리가 왜이렇게 큰가요?
안녕하세요. 이종민 과학전문가입니다.매미는 날개로 진동을 일으키면서 소리를 내는 곤충입니다. 매미는 근육으로 구성된 날개를 빠르게 움직여 진동을 일으킵니다. 이러한 진동은 공기 분자들을 압축하고, 이완시키며 소리파형을 만듭니다.매미의 소리는 날개 진동 속도와 소리의 높낮이에 의해 결정됩니다. 일반적으로 매미의 날개 진동 속도는 300~1200회/분 정도이며, 이는 소리 높낮이와 밀접한 관련이 있습니다. 높은 소리를 내기 위해서는 빠른 진동이 필요하며, 낮은 소리를 내기 위해서는 느린 진동이 필요합니다.또한, 매미의 몸에는 공기를 집중시켜주는 특수한 기관인 드럼릿지(drum-like structure)가 있습니다. 이 드럼릿지는 소리를 증폭시켜주는 역할을 합니다. 이러한 구조와 진동 속도, 소리 높낮이 등이 결합되어 매미는 작은 몸집에도 큰 소리를 내는 것입니다.
생물·생명
Q. 올빼미는 목이 어떻게 360도 돌아가나요?
안녕하세요. 이종민 과학전문가입니다.올빼미 목이 360도로 돌아갈 수 있는 이유는 목뼈와 목의 근육 구조 때문입니다. 일반적으로 다른 동물들은 목뼈가 일직선으로 연결되어 있어 목을 좌우로만 움직일 수 있습니다. 그러나 올빼미의 목뼈는 여러 개로 분리되어 있으며, 각각이 작은 관절로 연결되어 있습니다. 이렇게 분리된 목뼈들은 서로 다른 각도로 움직여 올빼미가 목을 360도로 회전시킬 수 있도록 합니다.
생물·생명
Q. DNA유전자는 어떻게 결정되는건가요?
안녕하세요. 이종민 과학전문가입니다.DNA 유전자는 생물의 유전 정보를 가지고 있습니다. DNA 유전자는 DNA 서열 상에 있는 특정한 염기서열의 순서에 의해 결정됩니다. 유전자는 DNA 서열상에서 연속적으로 나타나는 코돈이라는 3개의 염기로 이루어진 일련의 염기서열입니다.유전자가 어떤 단백질을 만들어내는지는 DNA의 염기서열에서 코돈의 순서와 종류에 따라 결정됩니다.
화학
Q. 핵융합 발전소는 실현 가능한가요? 그렇다면 언제쯤이 될까요?
안녕하세요. 이종민 과학전문가입니다.핵융합의 실현 가능성과 시기는 아직 불분명합니다.현재 핵융합 발전소를 구현하기 위한 대규모 연구 프로젝트가 진행 중이며, 가장 대표적인 것으로는 국제 핵융합 실험로 (ITER)가 있습니다. ITER는 35개 국가가 참여하는 대형 실험 로켓으로서, 핵융합의 기술적, 공학적 문제를 연구하고 검증하는 것이 목적입니다. ITER는 2025년에 첫 핵융합 실험을 시작할 예정입니다.그러나 핵융합 발전소의 실용화에는 아직 다양한 과제가 남아 있습니다. 핵융합 반응에서 발생하는 중성자를 통제하는 기술 문제, 그리고 반응에서 발생하는 열과 압력 등을 안전하게 제어할 수 있는 기술적, 공학적인 문제 등이 그 예입니다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 국제적으로 많은 연구 노력이 진행되고 있지만, 실용화에 대한 타당한 시기는 아직 예측하기 어렵습니다.
지구과학·천문우주
Q. 태양이 핵융합이 끝나면 지구를 삼키는건가요?
안녕하세요. 이종민 과학전문가입니다.태양이 적색거성이 되어가면서 지구를 삼키게 되는 것은 아닙니다. 태양의 질량은 적색거성 단계에서도 거의 그대로 유지되지만, 태양의 크기는 상당히 커지게 됩니다. 이는 태양 내부에서 수소 연소가 일어나는 과정에서, 수소의 고갈로 인해 중심부 온도와 압력이 증가하기 때문입니다. 이 과정에서 태양의 표면 온도는 낮아지면서 빨강색으로 변하게 되므로 "적색거성" 이라고 부르게 됩니다.하지만 태양이 적색거성이 되어도, 그 크기가 지금의 태양 크기보다 크게 될 뿐입니다. 실제로 태양의 지구로부터의 거리는 변화하지 않습니다. 따라서 태양이 적색거성이 되어도, 지구를 삼키지는 않을 것으로 예상됩니다.
화학
Q. 초신성 폭발할때 무거운 원소가 생성되는 이유가 있나요?
안녕하세요. 이종민 과학전문가입니다.초신성 폭발은 매우 강력한 열과 압력이 발생하는 현상입니다. 초신성 폭발 과정에서는 원소가 높은 온도와 압력에서 핵융합 반응을 일으키며, 더 무거운 원소가 생성됩니다.초신성 폭발은 대부분 별 내부의 연소가 끝나고, 중심부에는 철과 니켈과 같은 중성자로 가득찬 코어가 형성된 후 발생합니다. 이때 코어가 더 이상 연소할 수 없을 정도로 고온과 고압에 노출되면, 코어에서 발생한 중성자들이 자유롭게 이동하면서 무거운 원소를 생성하는 과정인 핵융합 반응이 일어납니다. 이 과정에서 코어 안에 있는 철과 니켈 등의 원소가 더 무거운 원소로 핵융합되어 생겨난 것입니다.따라서 초신성 폭발 이후에는 철과 니켈과 같은 무거운 원소 외에도, 다양한 무게의 원소가 생성됩니다. 이렇게 생성된 다양한 원소들은 우주 공간으로 분산되어, 나중에는 다른 별과 행성체 등의 형성에 기여할 수 있습니다.