안녕하세요. 장준원 전문가입니다.
Q. 열역학 제2법칙이 냉장고 및 에어컨에 어떻게 적용되는지 설명해주세요.
열역학 이론은 냉장고, 자동차 엔진, 발전소 등 일상 기기에 응용되고 있습니다. 엔트로피 증가는 에너지가 사용 가능 상태에서 무질서한 상태로 변한다는 것을 의미하는 것이고 이는 에너지 손실과 효율 한계를 설명합니다. 예를 들어보자면 자동차 엔진은 연료의 화학 에너지를 열과 일로 변환하지만 일부 에너지는 폐열로 손실됩니다. 열기관의 효율은 카르노 사이클에 의해 제한되며 온도 차이를 최대화할 때 효율이 높아집니다. 이러한 원리는 냉장고에서도 반대로 적용되어 열을 한쪽에서 흡수하고 다른 쪽으로 방출합니다. 열역학은 에너지 변환을 최적화하고 기기의 효율성을 높이는 데 필수적입니다.
Q. 화학 공정 안전에서의 위험 분석은 어떻게 이루어지나요?
화학 공정의 안전을 위한 위험 분석은 HAZOP, FTA, FMEA 등의 기법으로 이루어져 있습니다. 하나씩 설명드리자면 HAZOP은 공정의 각 단계에서 이상 상황을 시나리오로 검토하고 FTA는 특정 사고의 원인을 논리적으로 추적하며 FMEA는 개별 장치의 고장 모드가 공정에 미치는 영향을 분석합니다. FMEA는 제조업에서도 활발히 사용되고 있습니다. 추가로 QRA는 사고 확률과 피해 규모를 수치화해 위험을 평가합니다. 이러한 분석을 통해 안전 대책을 수립하고 사고를 예방하고 공정의 신뢰성과 안전성을 높입니다.
Q. 비행기 엔진의 작동 원리는 무엇인가요?
비행기 엔진은 공기를 흡입해 압축하고 연료를 혼합해 연소시켜 고온 & 고압의 가스를 생성하게 되고 이 힘으로 비행기를 날 수 있게 추진력을 보태주게 됩니다. 이 가스가 엔진의 터빈을 회전시키며 추진력을 만들어내느데 주로 사용되는 터보제트 엔진은 고속 비행에 적합하고 터보팬 엔진은 효율성과 저소음으로 상업용 항공기에 많이 사용됩니다. 비행기 엔진은 고도에서의 낮은 산소 농도와 극한 환경에서도 안정적으로 작동하도록 설계되었고 또한 경량화와 연료 효율성을 중시해 특별한 재료와 공학 기술이 적용됩니다.
Q. 3D 프린팅이 금속 가공 산업에 미치는 영향과 장단점은 무엇인가요?
3D 프린팅의 장점은 복잡한 형상 제작과 디자인 자유도로 전통 공정으로 어려운 부품도 아주 편리하게 제작을 가능하게 해줍니다. 소량 생산에서 금형이 필요허지 않기 때문에 비용을 절감할 수 있고 빠른 프로토타이핑으로 개발 시간을 단축합니다. 또한 재료 낭비가 적어 친환경적인 편입니다. 하지만 단점으로는 대량 생산에서 생산 속도가 느리고 재료 선택이 제한적이면서 품질이 일관되지 않을 수 있습니다. 특히나 금속 3D 프린팅은 초기 장비 비용이 높은 편이고 대형 부품 제작이 어려울 수 있습니다.
Q. 진동 감쇠 시스템이 고층 건물에 왜 필요한지 설명해주세요.
고층 건물의 진동 감쇠 시스템은 지진이나 강풍으로 인한 구조적 흔들림을 줄여 안정성과 거주자 안전을 보장하기 위해 반드시 필요합니다. 대표적으로는 동조질량감쇠기(=TMD), 액체 감쇠기(=TLD), 수동 에너지 소산 장치 등이 있는데요. TMD는 건물 꼭대기에 무거운 질량을 설치해 진동에 반대되는 힘을 생성하며 흔들림을 줄여주게 됩니다. 유명 사례로는 타이페이 101과 같은 초고층 빌딩이 있겠습니다. TLD는 물의 움직임을 활용해 에너지를 소산시키는데 이 기술들은 구조물의 피로를 줄이고 사용자의 심리적 안정감도 높이며 현대 건축에 필수적입니다.