안녕하세요. 장준원 전문가입니다.
기계공학
Q. 에어컨을 통해서 나오는 따뜻한 바람과 시원한 바람의 합은?
에어컨은 냉매를 이용해 열을 이동시키는 장치로 실내의 열을 흡수해 실외기로 내보내고 그 과정에서 실내를 시원하게 만들어 줍니다. 이때 실외기에서 나오는 따뜻한 바람의 열량은 실내기에서 흡수한 열량보다 약간 더 큽니다. 이는 압축기 등 에어컨 작동에 필요한 전기의 에너지가 열로 변환되어 추가되기 때문인데요. 따라서 두 바람의 온도의 합이 0에 수렴하지 않겠습니다.
기계공학
Q. 키보드 소음나는 것과 무소음 키보드의 차이
키보드 소음의 차이는 주로 키 스위치의 종류와 구조에 의해 결정되는데요. 게임 키보드는 기계식 스위치를 사용하는 경우가 대부분 많으며 키를 누를 때 개별 스위치가 클릭 소리를 내는 구조로 되어 있어 반응성과 타건감을 제공합니다. 그런 반면에 사무용 무소음 키보드는 멤브레인 또는 무소음 기계식 스위치를 사용하여 키를 누를 때 소음을 최소화하도록 설계됩니다. 기계식 스위치 중에서도 소음을 줄인 적축 또는 무소음 적축 스위치가 사용되기도 합니다.
기계공학
Q. 전기차 배터리에서 효율을 높이기 위한 기술은 무엇이 있나요?
전기차 배터리 용량과 효율성을 높이기 위한 기술을 말씀드리자면 고에너지 밀도를 가진 리튬이온 배터리의 사용이 중요합니다. 차세대 배터리로는 리튬-황, 고체 전해질 배터리가 연구되고 있고 더 높은 에너지 밀도와 안정성을 제공합니다. 또한 나노소재와 3D 구조를 사용해 전극의 표면적을 늘려 전도성을 향상시킵니다. 배터리 관리 시스템(BMS)은 배터리 셀의 상태를 모니터링하고 최적화해 효율을 높혀 배터리 수명에 가장 큰 영향을 미칩니다.
화학공학
Q. 리튬배터리와 메탈 배터리의 차이점은 뭔가요?
리튬 배터리는 높은 에너지 밀도와 경량성으로 인해 휴대전화, 노트북, 전기차 등에서 주로 사용되는데요. 메탈 배터리는 주로 알카라인 배터리로 안정성과 긴 수명 덕분에 손전등, 리모컨, 장난감 등 소형 전자기기에 사용됩니다. 리튬 배터리는 재충전이 가능하면서 고출력과 긴 수명을 제공하지만 가격이 상대적으로 높은 편입니다.그런 반면에 메탈 배터리는 일회용이 많고 에너지 밀도는 낮지만 저렴하고 널리 사용됩니다.
화학공학
Q. 원유를 디젤 또는 가솔린으로 어떻게 분리하나요?
원유를 분리하는 과정은 정유 공정으로 알려져 있고 주요 단계로는 먼저 원유를 가열하여 다양한 성분의 끓는점을 이용해 증류탑에서 분리해줍니다. 증류탑에서는 낮은 온도에서 가벼운 성분(가솔린, 나프타 등)부터 높은 온도에서 무거운 성분까지 차례로 분리됩니다. 이후 분리된 성분은 추가적인 화학 공정(크래킹, 개질 등)을 통해 원하는 제품으로 정제되는데요. 이 과정에서 촉매를 사용해 분자의 구조를 변경하거나 불순물을 제거하는 작업이 포함됩니다.
기계공학
Q. 양력의 발생 원리에서 왜 정압이 압력인가요?
비행기 날개에서 양력이 발생하는 원리는 베르누이의 정리에 기반하는데요. 날개 위쪽의 기류 속도가 더 빨라 동압이 증가하고 이에 따라 정압이 감소합니다. 정압과 동압의 합은 일정하기 때문에 날개 위쪽의 정압이 낮아지면서 아래쪽보다 압력이 낮아져 양력이 발생하게 됩니다. 동압은 운동 에너지에 해당하는 것으로 압력에 포함되지 않습니다. 동압은 속도와 관련된 개념이고 양력은 주로 정압 차이로 설명됩니다.
기계공학
Q. 우리가 관찰할 수 있는 작은 단위는 어디까지일까요?
현재 기술로 우리가 관찰할 수 있는 가장 작은 단위는 개별 원자입니다. 전자현미경, 특히 주사 터널링 현미경과 원자간력 현미경 같은 고해상도 현미경을 사용하면 원자 수준까지 관찰이 가능한데요. 이러한 현미경은 나노미터 수준의 해상도를 가지고 있으 원자의 배열과 개별 원자 간의 상호작용을 시각화할 수 있습니다. 즉, 현재 과학 기술로는 물질의 기본 구성 요소인 원자까지 관찰할 수 있는 수준에 도달했습니다.
기계공학
Q. 일반소총을 대체할 레이저건 같은건 언제쯤 가능할까요?
휴대용/전투용 레이저건의 상용화는 아직 시간이 더 걸릴 것 같습니다. 현재 레이저 기술은 군사 및 산업용으로 일부 사용되고 있지만 휴대 가능한 형태로 만들기 위해서는 몇 가지 기술적 발전이 필요한데요. 먼저, 고출력 레이저를 소형화하고 효율적으로 냉각할 수 있는 기술이 필요합니다. 그 다음 강력한 에너지원을 소형화하여 휴대가 가능하도록 개발이 되어야 합니다. 장치의 안정성과 안전성을 확보해야 상용화가 가능한데요. 그렇다면 휴대하면서 사용하려면 기본적으로 배터리 기술의 발전이 필수적일테고 경량화와 에너지 밀도 향상이 필요합니다. 이러한 기술들이 해결되어야만 상용화에 근접할 수 있겠습니다.
화학공학
Q. 묽은 용액의 총괄성에서 묽은 용액의 정의
묽은 용액은 용질의 농도가 매우 낮아 용매의 성질이 거의 그대로 유지되는 용액을 의미하는데 요. 일반적으로 몰랄 농도가 0.1 M 이하인 용액을 묽은 용액으로 간주합니다. 이러한 농도에서는 용질 입자 간의 상호작용이 거의 없기에 용액의 총괄성이 용질의 양에 비례하겠습니다. 실험에서 묽은 용액을 사용하려면 용질의 농도를 0.1 M 이하로 조절하는 것이 좋습니다.
기계공학
Q. 드론에서 사용되는 기계공학적 기술은 무엇이 있나요?
드론에는 다양한 기계공학적 기술이 적용되는데 하나씩 말씀드리자면첫 번째, 항공역학을 통해 드론의 비행 안정성과 효율성을 확보합니다.두번 째, 경량 구조 설계를 통해 비행 시간을 연장하고 기동성을 향상시킵니다.세번 째, 모터와 프로펠러 설계는 추진력과 조종 성능을 최적화합니다.네번 째, 진동 및 소음 제어 기술로 비행 중 안정성과 사용자 편의를 높입니다.다섯번 째, 배터리 및 전력 관리 시스템을 통해 에너지 효율성을 극대화합니다.마지막으로, 자동 제어 및 내비게이션 시스템이 드론의 정확한 조종과 경로 추적을 가능하게 합니다.