안녕하세요 이승훈 전문가입니다.
화학공학
Q. 집에서 쓰는 습기 제거제는 어떤 원리로 습기를 빨아 드리는 건가요?
습기 제거제는 다양한 형태와 원리로 작동할 수 있습니다. 가장 일반적인 습기 제거제는 흡습제입니다. 흡습제는 주로 화학 물질로 구성되어 있으며, 습기를 흡수하여 제품 내부나 주변 공기의 상대적 습도를 낮춥니다. 주로 사용되는 흡습제의 화학 물질로는 실리카 젤(Silica gel)이나 칼슘 염화물(Calcium chloride) 등이 있습니다. 이러한 물질은 물을 흡수하는 특성을 가지고 있습니다. 습기 제거제 안에 들어있는 이 물질은 주변의 공기로부터 습기를 흡수하여 물로 변하게 됩니다. 그리고 제품 내부의 통 또는 수직식 습기 제거제의 경우, 물이 흡수되는 동안 통이 점차적으로 가득 차게 됩니다.또한, 일부 습기 제거제는 전기적인 원리를 이용하여 작동합니다. 이러한 제품은 습기를 흡수하는 데 사용되는 흡습 물질과 함께 작은 전기 성분을 포함하고 있습니다. 전기 성분은 제품 주위의 공기로부터 이온을 생성하고 이 이온들이 습기 분자와 상호 작용하여 습기를 제거하는 역할을 수행합니다.이외에도 자외선을 이용한 습기 제거, 기계적 방법을 사용한 습기 제거 등 다양한 원리와 방식으로 습기 제거제가 작동할 수 있습니다.
화학
Q. 수소 핵융합 반응은 어떻게 이루어지나요?
수소 핵융합은 두 개의 수소 원자가 서로 결합하여 헬륨 원자를 생성하는 반응입니다. 이 반응은 고온과 고압의 환경에서 일어나며, 별과 같은 천체의 핵 중심에서 주로 발생합니다. 수소 핵융합 반응은 별의 핵심에서 엄청난 압력과 온도에서 일어나는데, 이러한 조건은 수소 원자의 전자들이 분리되어 양성자와 자유 전자로 존재하는 플라즈마 상태를 만들어냅니다. 이러한 플라즈마 상태에서 수소 원자들은 서로 인력력을 극복하고 충돌하여 핵융합을 일으키게 됩니다.수소 핵융합 반응은 주로 프로톤-프로톤 연쇄반응으로 알려져 있습니다. 이 반응은 두 개의 수소 원자핵(프로톤)이 서로 가까워져 인력력을 극복하고, 강력한 전자력력에 의해 전자를 중간에 끌어들이며 핵융합을 일으킵니다. 이 반응에서는 4개의 수소 원자핵이 결합하여 헬륨 원자핵을 생성하고, 동시에 에너지가 방출됩니다.수소 핵융합 반응을 발견한 사람은 정확하게 하나의 개인을 가리키기는 어렵습니다. 수소 핵융합 반응에 대한 연구는 다양한 과학자들에 의해 진행되었으며, 이론적인 연구와 실험을 통해 발전해왔습니다.
화학
Q. 냉동실의 작동 원리에 대해서 질문 드립니다
냉동실은 기본적으로 냉매 순환을 통해 온도를 영하로 내리고 유지하는 원리로 작동합니다. 냉동실은 냉동사이클에 따라 압축기, 증발기, 팽창 장치, 그리고 열교환기로 구성되어 있습니다.압축기: 냉매 기체를 압축하여 온도와 압력을 높입니다.증발기: 압축된 냉매 기체가 흡수열을 얻으면서 냉매 기체의 압력을 낮춥니다. 이로 인해 냉매 기체는 기체에서 액체로 상태가 변하면서 열을 흡수합니다.팽창 장치: 낮아진 압력으로 인해 냉매 기체의 온도와 압력이 더 낮아지며, 기체가 다시 팽창됩니다. 이 과정에서 냉매 기체는 냉동실 내부에서 열을 흡수하면서 냉각합니다.열교환기: 팽창된 냉매 기체가 실제로 냉동실 내부를 냉각하는 역할을 합니다. 열교환기는 실내에서 열을 흡수한 냉매 기체와 실외로 열을 방출하는 냉매 기체 사이의 열 교환을 가능하게 합니다.이 과정을 반복함으로써 냉동실은 온도를 영하로 내리고 유지할 수 있습니다.
화학
Q. 수소차 와 일반 가솔린차의 차이점
가솔린차는 내부 연소 엔진을 사용하여 가솔린을 연소시켜서 움직입니다. 반면에 수소차는 수소 연료 전지를 사용하여 전기 에너지를 생성하고, 이를 통해 전기 모터를 작동시켜 움직입니다.가솔린차에서는 가솔린을 연소시켜 폭발 에너지를 생성하고, 이를 실린더 내부에서 발생시키는 피스톤을 통해 움직임을 전달합니다. 이러한 내부 연소 엔진은 동력을 전달하기 위해 변속기와 복잡한 기어 시스템을 필요로 합니다.수소차에서는 수소와 산소의 화학 반응을 통해 전기 에너지를 생성합니다. 이러한 화학 반응은 연료 전지 스택에서 이루어지며, 수소와 산소가 반응하여 전기를 생성하는 과정에서 물이 생성됩니다. 생성된 전기 에너지는 전기 모터를 통해 바퀴를 움직이게 하여 동력을 전달합니다. 따라서 수소차는 내부 연소 엔진이 없으며, 기어 박스나 복잡한 변속기 시스템이 필요하지 않습니다.전기차와 비교했을 때, 수소차는 구조적으로 다소 유사하지만 동작 방식에서 차이가 있습니다. 전기차 역시 전기 모터를 사용하여 동력을 전달합니다. 하지만 전기차는 대부분의 경우에 충전 가능한 배터리를 사용하여 전기를 저장하고, 외부 충전기를 통해 배터리를 충전합니다. 반면에 수소차는 수소 연료 전지를 사용하여 실시간으로 전기를 생성하므로, 배터리를 충전할 필요가 없습니다.
화학
Q. 냉장고는 어떤 원리로 시원함을 유지 하나요?
냉장고는 냉동사이클에 따라 내부 공간을 냉각하는 것입니다. 아래에 냉장고의 작동 원리를 간단히 설명하겠습니다.압축: 냉장고 작동의 첫 단계는 냉매(냉장고에서 열을 이동시키는 유체)를 압축하는 것입니다. 냉매는 압축기에 의해 압축되어 높은 압력 상태로 변환됩니다.압축열 제거: 냉매가 압축되면 압축된 냉매는 고온과 고압 상태로 변합니다. 그런 다음, 압축된 냉매는 열 교환기를 통해 열을 방출하여 냉각됩니다. 이 과정에서 냉매가 가지고 있는 열(온도)은 외부로 방출됩니다.팽창: 압축 후 냉매는 팽창 밸브를 통해 확장됩니다. 이 과정에서 냉매의 압력은 낮아지며, 낮은 압력 상태에서 냉매는 확장된 상태로 변합니다. 이로 인해 냉매의 온도가 낮아집니다.증발: 확장된 냉매는 냉장고 내부로 흘러들어가고, 냉장고 내부의 온도를 낮추기 위해 열을 흡수합니다. 이 때, 냉장고 내부의 공기와 냉매 사이에서 열 교환이 일어나며, 냉매는 냉장고 내부의 열을 흡수하여 증발합니다.압축 후 열 흡수: 다시 압축기로 돌아간 냉매는 열을 흡수하기 위해 냉장고 내부로 흘러들어가며, 냉장고 내부를 계속해서 냉각합니다. 이 과정에서 냉매는 다시 압축되고, 새로운 열을 흡수하기 위해 준비됩니다.이렇게 반복되는 과정을 통해 냉장고는 냉매를 이용하여 냉각 공간 내의 열을 흡수하고, 외부로 방출하여 내부를 시원하게 유지합니다.
화학
Q. 2차전지 배터리 중 이원계와 삼원계로 나뉜다고 들었는데 서로 어떠한 충전방전의 원리가 차이가 나는지 궁금합니다.
이원계 배터리는 대부분 리튬 이온 배터리(Lithium-ion battery)로 알려져 있으며, 양극 소재로는 보통 코발트, 니켈, 알루미늄 등이 사용되고 음극 소재로는 그래파이트가 일반적으로 사용됩니다. 리튬 이온 배터리는 리튬 이온의 이동을 이용하여 충전과 방전이 이루어집니다. 충전 과정에서 양극 소재는 리튬 이온을 수용하여 저장하고, 방전 과정에서는 리튬 이온이 양극에서 음극으로 이동하여 전기 에너지를 공급합니다.반면, 삼원계 배터리는 주로 니켈-코발트-망간(Nickel-Cobalt-Manganese, NCM) 또는 니켈-코발트-알루미늄(Nickel-Cobalt-Aluminum, NCA) 등의 화학 물질 조합을 사용합니다. 이러한 배터리는 리튬 이온 배터리에 비해 에너지 밀도와 수명 등에서 우수한 특성을 가지고 있습니다. 삼원계 배터리의 충전과 방전 과정은 리튬 이온 배터리와 유사하지만, 삼원계 배터리의 소재 조합에 따라 특성이 다를 수 있습니다.이원계와 삼원계의 차이는 주로 소재 선택에 있습니다. 이원계 배터리는 코발트와 같은 비교적 고가의 소재를 사용하여 에너지 밀도를 높이고, 삼원계 배터리는 저렴한 소재를 사용하여 경제성을 향상시킵니다. 또한, 각각의 소재 조합은 충전 및 방전 특성, 안정성, 수명 등의 측면에서도 차이를 보입니다.
지구과학·천문우주
Q. 금성에 줄무늬가 있는 이유??
금성은 지구와 유사한 크기와 구조를 가지고 있으며, 지구와 비슷한 내부 구조를 가진 암석 행성입니다. 따라서, 금성의 빠른 자전 주기와 줄무늬 현상은 목성의 대기 흐름과는 다른 원인에 기인합니다.금성의 줄무늬 현상은 대기 중에 있는 구름과 관련이 있습니다. 금성의 대기는 이산화탄소(CO2)로 이루어져 있으며, 이 대기는 강력한 온실 효과를 일으켜 행성 전체를 가열시킵니다. 또한, 금성의 대기는 매우 밀집되어 있어 지구의 대기와 비교하면 상당히 두꺼운 편입니다.금성의 빠른 자전 주기로 인해 대기도 빠르게 회전하게 되는데, 이로 인해 대기 중의 구름은 서로 다른 속도로 움직이게 됩니다. 이러한 구름의 상호작용으로 인해 금성의 대기는 여러 개의 대기 흐름 패턴을 형성하게 됩니다. 이 흐름 패턴이 금성의 대기에서 나타나는 줄무늬 현상을 만들어냅니다.하지만, 정확한 줄무늬 현상의 메커니즘은 아직 완전히 밝혀진 것은 아닙니다. 더 많은 연구가 필요합니다.
전기·전자
Q. 우리가 사용하는 전기는 어떻게 발명 되었나요?
전기를 제어하고 사용하는 방법은 17세기에 발견되었습니다. 18세기에는 벤자민 프랭클린이 전기를 탐구하며 번개의 원리를 밝혀낸 것이 유명합니다.19세기 초반에는 전기 발전이 시작되었습니다. 마이클 파라데이와 안드레 마리 앙투안 앙페르가 전기와 자기의 관계를 밝혀내면서 전기 발전의 핵심원리를 이해할 수 있게 되었습니다.토마스 에디슨은 1879년 전구를 발명하여 전기가 일상생활에서 사용되게끔 만들었습니다. 이후 전기 발전은 빠르게 진행되어 전력을 생산하고 전력망을 구축하는 기술 발전이 이뤄졌습니다.
전기·전자
Q. 전기가 만들어지는 생성 원리가 궁굼 합니다
전기는 전자의 움직임으로 생성됩니다. 전자의 움직임이 전류를 생성하고 전기 에너지를 생산합니다.전기의 생성은 크게 두 가지 방법으로 구분됩니다. 하나는 인위적으로 화석에너지와 우라늄을 분열시키는 화력발전소, 원자력발전소 등에서 전기를 생산하는 것이며, 다른 하나는 태양광 발전소, 풍력 발전소, 수력 발전소 등에서 자연에너지를 활용하여 전기를 생산하는 것입니다.화력발전소는 석탄, 석유, 천연가스와 같은 화석 연료를 사용하여 열을 발생시키고, 이 열에 의해 수증기를 만들어 발전기를 구동시켜 전기를 생산합니다.원자력발전소는 핵 분열 반응에서 발생하는 열로 수증기를 만들어 발전기를 구동시켜 전기를 생산합니다.반면에 자연에너지를 활용하는 발전소는 태양광, 풍력, 수력 등 다양한 방법으로 전기를 생산합니다. 태양광 발전소는 태양광 전지를 사용하여 태양광 에너지를 직접 전기로 변환시키며, 풍력 발전소는 풍력 터빈을 이용하여 풍력 에너지를 전기로 변환시킵니다. 수력 발전소는 물의 움직임으로 터빈을 회전시켜 발전기를 구동시켜 전기를 생산합니다.
전기·전자
Q. 증기기관차의 발명원리는 어떻게 되나요?
증기기관차의 발명은 18세기 후반에 영국의 제임스 와트( James Watt)에 의해 이루어졌습니다. 그 전에도 증기기관에 대한 연구는 진행되었지만, 와트는 기존의 문제점들을 해결하여 증기기관의 상용화를 가능케 했습니다.와트의 증기기관은 대표적으로 이중피스턴 엔진(DOUBLE-ACTING PISTON ENGINE)이라 불리며, 이는 피스턴(Piston)이 두 개인 증기기관입니다. 이중피스턴 엔진의 작동 원리는 증기의 압력을 이용하여 피스턴을 상하로 이동시켜 축과 연결된 링크(Rod)를 움직여 회전력을 전달하는 것입니다.증기기관의 작동 원리는 다음과 같습니다. 먼저 증기를 생산하는 보일러에서 물을 가열하고, 증기는 실린더(Cylinder)로 이동하여 피스턴을 상하로 움직입니다. 그러면 축이 회전하여 휠을 움직여 기관차를 움직입니다.