안녕하세요 이주성 전문가입니다.
화학
Q. 빛은 기체인가요? 아니면 플라즈마 인가요?
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.빛은 기체도, 액체도, 고체도 아닙니다. 기체, 액체, 고체는 원자에 기반한 입자의 밀집정도에 따른 상 분류입니다.빛은 아인슈타인의 광전 효과를 통해 빛의 입자성이 증명되었었습니다. 하지만 토머스 영의 이중슬릿 실험을 통해 파동의 특성도 함께 보였습니다.이때 부터 빛은 입자인지 파동인지에 대해 과학계에서는 큰 설전이 벌어졌습니다. (이 논의에 대해서는 보어-아인슈타인 논쟁이라고 검색하시거나 제5차 솔베이 회의를 검색해 보시기 바랍니다.)이후 1927년에 미국의 클린턴 조지프 데이비슨이 실험적으로 전자에 파동적 성질이 있다는 것을 증명하였고 결국 과학자들은 빛이 파동성과 입자성 두 가지를 모두 가지고 있다는 결론을 내렸습니다.현재는 빛을 광양자로 규정하고 있습니다. 광양자는 빛을 양자화 한 입자 이며 빛의 진동수가 v(Hz)일 때 1개의 광자가 가진 에너지 hv(J)로 주어지며, 여기서 h는 프랭크(Frank) 상수입니다. 빛은 전자파로서 즉, 파동으로서의 성질을 갖고 있지만 동시에 입자로서의 성질도 갖고 있습니다.참고광전효과 : 금속 등의 물질이 한계 진동수(문턱 진동수)보다 큰 진동수를 가진 (따라서 높은 에너지를 가진) 전자기파를 흡수했을 때 전자를 내보내는 현상입니다. 이 때 방출되는 전자를 광전자라 하는데, 보통 전자와 성질이 다르지는 않지만 빛에 의해 방출되는 전자이기 때문에 붙여진 이름입니다. 아인슈타인은 광전효과를 규명한 공로로 노벨상을 받았습니다.
화학
Q. 바람이 불때 유독 더 춥게 느껴지는 이유는?
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.대체로 바람이 강하면 강할수록 체감온도가 낮습니다. 이러한 경우는 겨울철일수록 심하며 반대로 기온이 25도 이상에서는 바람이 강해도 그다지 시원하지 않으며 33도 이상에서는 바람이 강할수록 오히려 더 후덥지근합니다. 같은 바람세기라도 체감온도와 실제온도의 차이는 기온이 낮을수록 큽니다. 완연한 봄의 경우 오후에 바람이 다소 부는 편이지만 낮에는 비교적 훈훈한 바람이므로 실제온도와 체감온도의 차이가 그리 크지는 않습니다. 우리는 추울 때나 더울 때나 몹시 불쾌한 느낌을 갖게 됩니다. 이는 몸으로부터 외부에 필요 이상의 열을 빼앗기고 있거나, 또는 몸체로부터 외부에 적당량의 열을 발산하지 못하게 되든지, 반대로 열이 몸에 스며들고 있기 때문인 것입니다. 쾌적한 기상조건인지 아닌지는 이와 같이 신체를 통하여 열의 출입, 즉 기상환경과의 열교환과 관계가 있는 것입니다. 인간과 기상환경과의 열교환은 생물체의 생명 활동의 결과로 생기는 열과 몸체로부터의 복사·대류·증발 등의 과정에서 방열되는 열, 또는 반대로 몸 밖으로부터 몸 안으로 들어오는 열과의 상호관계인 것입니다.
기계공학
Q. 과일 선별기는 어떻게 과일의 무게를 감지할 수 있는 것인가요?
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.현재의 무선 충전 기술은 크게 '자기 공진 방식'과 '자기 유도 방식'으로 나뉘는데요.자기 공진 방식은 기기가 직접적으로 충전기와 접촉하지 않아도 전력을 전송할 수 있는 점을 특징으로 합니다. 즉, 무선충전기 위에 스마트폰을 올려놓지 않고 근처에 두기만 한다면 충전이 된다는 소리인데요. 자기장 공진을 이용해 원거리에 전력을 공급하기 때문에 여러 기기를 동시에 충전한다던가, 충전을 하면서 쉽게 스마트폰을 사용할 수 있게 해줍니다.말로만 들어도 좋아보이는 이 방식은 현재 많이 상용화되지 않았는데요. 그 이유는 전류를 전자기로 바꾸고 공진하는 과정에서 전력 손실이 크기 때문에 효율성이 많이 떨어지기 때문입니다. 또한 강한 에너지가 공진되어 전달되는 방식인데, 이것이 우리 인체에 작지 않은 영향을 끼칠 수 있다는 우려가 있기도 합니다.현재 시중에 나와있는 대부분의 스마트폰 무선충전기는 자기 유도 방식을 사용하고 있는데요. 기기와 충전기를 직접 접촉시킴으로써 충전시키는 방식으로 스마트폰과 충전기 내부의 충전 코일이 서로 접촉되어 충전이 이루어지는 형식입니다. 자기 유도 방식은 전기를 손실 없이 전달할 수 있는 거리가 상대적으로 짧기 때문에 코일과 코일이 정확하게 맞붙어 있어야지만 충전이 잘 되는데요. 그렇기 때문에 자기 공진 방식과는 다르게 동시 충전, 다른 일을 하면서 충전하기가 어렵습니다. 또한 스마트폰에 부착하여 사용하는 금속 악세사리나 두꺼운 케이스 등은 제거하고 충전을 해야하는 불편함을 감수해야 하기도 합니다.하지만 자기 유도 방식은 구현하는 것이 쉽고 전자파로 인체에 끼치는 영향도 거의 없다고 보는데요. 그렇기 때문에 현재 많은 업체들에서 이 방식을 사용한 무선 충전기들을 개발, 상용화하고 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 종이컵이 액체에 찢어지지 않는 이유가 뭔가요?
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.종이컵은 사실 폴리에틸렌이 발린 플라스틱 컵입니다.일회용 종이컵 안쪽은 물이 스며들지 않도록 폴레에틸렌(PE)로 코팅돼 있습니다. 폴리에틸렌은 일종의 플라스틱 성분입니다. 액체에 종이가 젖지 않은 이유가 이 성분 때문인데, 종이컵은 사실 플라스틱 컵에 가깝습니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구 내핵 안에 또다른 핵이 발견됐다는데 정말인가요?
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.지구 내핵 가장 깊은 곳에 반지름 약 650㎞의 금속 구체로 된 또 하나의 핵이 존재한다는 연구 결과가 나왔다고합니다. 지구는 바깥쪽부터 지각, 맨틀, 외핵, 내핵 등 4중 구조로 돼 있다는 것이 현재까지 정설로 받아들여졌고, 내핵 안 또 다른 핵의 존재는 입증되지 않은 가설로만 여겨졌습니다.호주국립대학교(ANU) 지진학과 흐르보예 트칼치치 교수 등이 참여한 연구팀은 지진으로 만들어진 지진파가 내핵을 통과했다가 돌아오는 시간 차이를 분석해 내핵 안의 다섯 번째 구조를 확인한 결과를 국제학술지 네이처 커뮤니케이션에 발표했습니다.연구팀은 지진파가 철과 니켈 합금으로 된 내핵을 통과하는 각도에 따라 속도가 느려지거나 빨라지는 것을 분석해 내핵의 외부와는 다른 내부 구조가 존재하는 것을 추론해 냈습니다.
전기·전자
Q. 광속을 정확히 측정하는 방법이 있나요?
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.먼저 과거 측정했던 실험 중 가장 근사 측정이 가능한 방법으로 피조의 톱니바퀴 실험이 있습니다. 피조는 톱니바퀴의 회전 속도를 절묘하게 조절함으로써, 빛이 장치 사이를 왕복하는 데 걸리는 시간을 구해 광속의 값을 계산하는 데 성공했습니다. 그 값은 초속 약 31.3만 km였습니다.피조의 빛의 속도 측정 결과는 현재 알려진 실제의 빛의 속도와 비교해도 큰 차이가 나지 않는 놀라운 업적이었습니다.현재는 레이저광과 원자시계 등을 이용한 여러 차례의 측정 결과를 바탕으로, 진공 속의 빛의 속도는 초속 29만 9792.458km로 결정되어 있습니다.
전기·전자
Q. 시스템 반도체와 차량용반도체는 무엇이 다른건가요?
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.차량용 반도체와 시스템반도체는 다른 반도체가 아닙니다.시스템 반도체 속에 차량용 반도체가 포함됩니다.일반적으로 크게 메모리용 반도체와 시스템 반도체(비메모리 반도체)로 구분합니다.
화학
Q. 매운음식이 사람몸에 들어가면 어떤 현상을 일으키기에 땀을 비오듯 하는지 궁금합니다.
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.붉은 고추와 고추류(Capsicum) 관목 열매는 아주 짜릿한 매운맛을 자랑해요. 서로 구조가 비슷한 식물유래 염기인 캡사이시노이드계 물질이 따끔한 매운맛을 만들어내기 때문이에요.아주 강력한 매운맛을 내는 고추라고 해도 그 안에 들어 있는 캡사이신은 안전한 수준이에요. 하지만 순수한 형태의 캡사이신은 굉장히 강한 자극을 일으킨답니다. 순수한 캡사이신이나 캡사이시노이드를 다루는 작업자들은 장갑과 보호안경, 호흡보호 장비를 착용하고 보호복까지 입어야 하지요.캡사이신은 대부분 고추 씨와 하얀 과육에 들어 있기 때문에 고추 씨를 씹으면 혀가 아주 뜨거워지는 감각을 느낄 수 있어요. 캡사이신은 입 안에 있는 TRPV1 수용체에 달라붙는데, 사람이나 포유류의 뇌는 이 수용체의 신호를 입 속 온도가 올라가는 것으로 해석한답니다.이제 본론으로 들어가 볼까요?이 감각을 없애기 위해서 중앙신경계는 몸을 식히기 위한 조치를 취해요. 대사 작용이 촉진되어 혈액순환이 활발해지고 땀이 뻘뻘 흘러요. 혈액 속에서 천연 진통제인 ‘엔도르핀’ 농도도 증가하지요. 또 뇌에서 눈꺼풀로 시각 기관을 보호하라는 명령을 내리기 때문에 코 점막이 자극받고 눈물이 흐르면서 눈이 감긴답니다.다행히 고추나 매운 소스에 들어있는 캡사이신과 캡사이시노이드의 양은 조직과 장기에 물리적인 손상을 일으킬 정도는 아니에요. 그렇다고 해서 매운 음식이 완전히 안전하다는 뜻도 아니랍니다. 소화불량이나 메스꺼움, 구토 같은 증상을 일으킬 수 있거든요. 극심한 통증 신호를 받은 뇌가 가능한 빨리 목표 물질을 몸에서 제거하기 위해 갖은 노력을 다하기 때문에 구토하게 되는 거예요. 구토를 하면 위액이 식도로 들어가 식도를 손상시킬 수 있어서 위험해요. 식도의 손상정도는 TRPV1 수용체가 받은 자극과 뇌가 ‘위험’을 평가한 정도에 따라 달라진답니다.
물리
Q. 자석을 나침반에 대면 왜 나침반바늘이 움직이나요?
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.나침반 바늘이 자석이기 때문입니다. 바늘의 자성은 S극과 N극으로 나뉘어져 있고 때문에 자석의 N극과 S극에 반응하여 움직이는 것입니다.나침반 바늘이 자석이기 때문에 거대한 자석인 지구의 북극과 남극 방향을 알수 있습니다.
전기·전자
Q. WEB2.0과 3.0과의 차이점은 무엇인가요,그리고 WEB3.0은 유저들에게 어떤점들에서 유익한가요
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.웹3.0이란 컴퓨터가 시맨틱 웹 기술을 이용하여 웹페이지에 담긴 내용을 이해하고 개인 맞춤형 정보를 제공할 수 있는 지능형 웹 기술을 말합니다. 지능화, 개인화된 맞춤형 웹이다. 웹3.0은 기본적으로 웹2.0의 핵심인 읽기와 쓰기를 넘어 ‘소유’의 개념이 더해진 것입니다. 세계 곳곳에 흩어진 네트워크 참여자들의 컴퓨터 자원을 활용하는 블록체인 기술 덕분에 자료가 분산 저장되고, 이더리움 같은 가상화폐에 내재된 자동화 프로그래밍 기술(스마트 콘트랙트)로써 관리자의 개입 없는 웹 이용이 가능합니다. 암호화 기술을 활용한 대체 불가능 토큰으로 데이터의 온전한 소유권도 주장할 수 있습니다.즉, 데이터의 저장과 사용, 소유가 네티즌에게 주어지는 완전히 개인화된 인터넷 환경을 만들 수 있다는 개념입니다.