안녕하세요 임세진 전문가입니다.
Q. AI 대체이 불가한 영역은 어디일까?
안녕하세요. 임세진 과학전문가입니다.우리는 인간이라서 AI에 대해 두려움이 막연히 있고 경계하게 됩니다.해답은 여기에 있습니다.
Q. 전기에서 전기장은 무엇을 의미하나요?
안녕하세요. 임세진 과학전문가입니다.음.. 어디서부터 말씀드려야할지 모르겠지만, "장"의 개념을 이해하기 위해서는 다소 물리학적인 선행지식이 필요합니다.우리가 살고 있는 우주에는 4대 힘이라는 것이 있습니다.강한핵력, 약한핵력, 전자기력, 중력이죠.그리고 이런 힘들은 모두 포텐셜에너지(직역하면 잠재 에너지 혹은 위치 에너지)로 다시 나타낼 수 있게 됩니다.그 이유는 이 4대 힘이 보존력이기 때문인데요, 보존력에 대해 간단하게만 말씀드려보도록 하겠습니다.가장 쉬운 설명은 어떤 입자가 있을때, 그 입자의 전기적인 특징에 대해 알아볼 예정이라고 합시다. 해당 입자로 부터 떨어진 거리가 같은 지점에서 모두 전기력을 측정할때 전기력은 모두 동일하게 측정됩니다. 이런 특별한 힘들을 중심력이라고 합니다. 이런 중심력의 특징을 가지면 보존력에 해당이 됩니다.전기적인 성질을 띠는 입자 주변에는 그 입자의 전기적 성질 때문에 항상 전기적인 포텐셜 에너지가 형성되어있게 됩니다. 자기력도 마찬가지이고 나머지 힘들도 마찬가지일 것입니다.제가 왜 이렇게까지 장황하게 설명했냐면, 장의 개념을 이해하기 위해서 포텐셜 에너지의 개념을 먼저 이해하면 감을 잡으실 수 있기 때문입니다.전기력의 경우에는 두 전기를 띠는 입자들끼리 상호작용하는 경우에 쿨롱의 법칙을 따릅니다. 쿨롱의 법칙은 두 입자간의 전기력이 두 입자의 전하량(각 입자가 갖고있는 고유 물리량)에 비례하고, 거리의 제곱에 반비례한다는 것입니다.전기장은 두 입자가 아닌, 전하량을 아는 하나의 입자에 대해 가질 수 있는 단위 전기력이라고 이해를 하시면 편합니다. 즉, 전하량을 갖는 입자 하나만 있어도 그 주변에 전기적 포텐셜 에너지가 형성되어서 다른 전하량을 가진 임의의 입자를 놔두면 그 영향을 받아 움직이게 된다는 것이죠.전기에 대해 이해를 할때 기존의 전기력과 전기적 포텐셜 에너지에서 두 입자간의 상호작용으로 설명되었습니다. 그러나 전기장의 개념이 도입되면서 전기라는 것이 단일 입자가 갖는 고유 특성처럼 이해될 수도 있다는 새로운 관점이 생긴 것이죠.요약하자면, 양/음 전하를 가진 입자가 있으면 해당 입자 주변에 전기적 포텐셜에너지가 형성되고, 이와 더불어 전기장도 형성이 된다는 것입니다.이는 자석의 N/S극에 대해서도 마찬가지이구요.그리고 4대힘에서 전기력과 자기력을 같이 합쳐서 부르는 이유는 전기력과 자기력이 서로 깊은 연관이 있기 때문입니다. 쉽게만 말씀드리면, 전기력이 있는 곳에는 자기력이 있고, 자기력이 있는 곳에도 전기력이 있을 수 있습니다. 둘은 떼려고 해도 떼어놓을 수 없는 관계라는 점을 알아두시면 될 것 같습니다.긴 글 읽어주셔서 감사합니다.
Q. 단열 팽창에서 주변과 열을 주고 받지 않는 이유
안녕하세요. 임세진 과학전문가입니다.공기에서 열이 전달되는 시간보다 팽창하는 데 더 짧게 걸리면,즉, 열 전달 속도보다 팽창 속도가 더 빠르면 단열 팽창이 됩니다.완벽한 단열이라는 것은 실제로 찾기 힘들겠죠..감사합니다.
Q. 핵폭탄의 원리는 무엇인지 궁금합니다
안녕하세요. 임세진 과학전문가입니다.제가 어디까지 답변드릴 수 있을 지는 모르겠지만, 아는 선에서 최대한 알려드리겠습니다.우선 핵폭탄을 처음 제안한 사람은 아인슈타인 인 것으로 알고 있습니다.아인슈타인 은 본인이 찾아낸 질량-에너지 등가원리, E=mc^2이라는 관계식을 알고있었고, 핵폭탄의 원리도 이것으로 부터 나옵니다.E=mc^2에서 E 는 에너지, m 은 입자의 질량, c 는 빛의 속력에 해당합니다.빛의 속력은 거의 30만km/s 로 항상 같은 값을 가지기에 위의 식에서 중요한 역할을 담당하지 않습니다.질량 m 은 입자의 종류에 따라, 입자의 상태에 따라 달라질 수 있습니다.같은 입자여도 특정 조건을 만족시키면 질량 m 이 줄어들 수 있습니다.핵폭탄은 핵분열 과정에 의한 부산물인데요,이는 우라늄과 같은 방사성 물질에서 관찰됩니다.우라늄-235 같은 경우 중성자와 충돌하게 되면 충돌 이후에 스트론튬과 제논 그리고 평균적으로 2 MeV의 높은 운동에너지를 갖는 중성자 2개가 나오게 됩니다.여기에서 반응 전의 물질들의 질량 총합보다 반응 후의 물질들의 질량 총합이 줄어들게 됩니다. 이를 질량 결손이라 하고, 이 줄어든 질량에 빛의속력의 제곱의 값을 곱한만큼의 에너지가 나오게 됩니다.위의 우라늄-235의 핵분열 과정에서는 질량 결손에 의해 약 200 MeV의 고 에너지가 나오게 됩니다.이 고 에너지를 원하는 타이밍에 한번에 방출시켜서 터뜨리는 폭탄이 핵폭탄이 됩니다. 즉, 폭탄이 터지기 직전 짧은 순간에 핵분열과정을 밀집 시키는 것이죠.핵분열 과정의 다른 예시로 원자력발전소가 있습니다.이는 폭탄의 경우와는 다르게 고 에너지를 한번에 방출 시키는 것이 아니라 서서히 방출 시키는 것이 목표가 됩니다. 따라서 이 핵분열 속도를 조절해주는 제어봉의 역할이 굉장히 중요하게 되죠.충분한 답변이 되었을지는 모르겠네요.긴 글 읽어주셔서 감사합니다.
Q. 방귀를 모으면 가스를 생산할 수 있나요?
안녕하세요. 임세진 과학전문가입니다.우선 방귀의 주 성분 중에 메탄 가스가 포함되어있습니다.그리고 이 메탄 가스는 연료로도 사용이 가능하죠.그런데, 기존에는 이 메탄 가스의 활용이 굉장히 애매했다고 합니다.우선 메탄 가스를 사용하기 위해서는 고압의 공정이 필요하고, 그렇게 공정을 거쳐도 제한적으로만 사용할 수 있었기 때문입니다. 그리고 메탄 가스를 사용하려면 태워야 하는데, 이 과정에서 이산화탄소와 일산화탄소를 대량 방출하게 되어 환경에 유해 했다고 합니다.최근 기초과학연구원(IBS)에서 시작한 이론적인 연구를 바탕으로 미국 연구진들에 의해 실험까지 진행되면서, 메탄 가스에 대한 활용도가 높아지는 연구 결과가 나왔다고 합니다.간략하게 제가 참고한 기사의 내용을 정리 하면,메탄 가스로부터 얻어진 탄소-수소 결합 활성화 생성물로부터 여러 화학 물질을 제조할 수 있다고 합니다.그리고 이 연구 결과에 의하면 탄소-수소 결합 활성화 생성물이 기존보다 20배 이상 더 많이 형성된다고 합니다.방귀의 재활용 얘기를 하기 위해 돌아 돌아 여기까지 왔는데요,결론을 말씀드리면, 기존에는 방귀의 재활용이 터무니 없이 어려웠지만 이제는 조금 가망이 생겼다! 정도인 것 같습니다.제가 참고한 자료는 다음 링크에 있습니다.https://www.ibs.re.kr/cop/bbs/BBSMSTR_000000000735/selectBoardArticle.do?nttId=12814부족한 답변이지만 도움이 되셨기를 바랍니다.감사합니다.