백대균 전문가 - 경북대학교 ㅣ 궁금할 땐, 아하!

화학2022년 4월 6일 작성 됨

Q. 차량이 들어가는 연료에따라 작동하는 원리가 달라지나요??

안녕하세요. 기계공학박사 백대균 과학전문가입니다.자동차 연료는 크게 화석에너지, 바이오에너지, 전기에너지, 연료전지에너지로 나누어집니다.가. 화석에너지 - 액체와 기체(가스)가 있습니다. 액체는 가솔린(휘발유)과 디젤(경유)이 있고, 가스는 LPG, LNG가 있습니다. LNG는 천연가스이고 LPG는 석유를 정유하는 과정에서 생성되는 가스입니다.O 가솔린(휘발유) - 공기와 휘발유를 혼합하여 압축하고 점화플러그로 점화하는 엔진에 의해서 구동O 디젤(경유) - 공기를 압축하고, 디젤을 분사하여 자연발화시켜서 점화플러그가 없는 엔진에 의해서 구동O LNG, LPG가스- 가스를 충전하여 액체로 만들고, 자동차 내부에서 가스로 바뀌면서 공기와 함께 압축하여 점화 플러그로 점화하여 엔진에 의해서 구동*엔진(engine)을 내연기관이라고 함<그림1> 가솔린 내연기관 자동차 구동원리* 디젤기관은 공기만 먼저 흡입하고 압축한 후 연료를 분사 자연발화하여 점화플러그가 없음나. 바이오에너지 - 바이오 디젤과 에탄올이 있습니다.O 바이오디젤 - 바이오 디젤은 식물에서 만들어진 기름으로 디젤을 대체하여 사용되고 있습니다. 특히 BD50(바이오디젤유 50%+경유 50%) 이하는 기존의 디젤엔진에 그대로 활용할 수 있습니다. 즉, 바이오디젤유 50% 이하는 현재에 사용되는 디젤 자동차에 그대로 넣어서 사용할 수 있습니다. O 에탄올 - 에탄올 겸용 자동차는 사탕수수. 옥수수 등 곡물에서 추출한 에탄올(알코올 성분)과 기존 휘발유를 모두 쓸 수 있는 자동차로 에탄올과 휘발유의 혼합 비율에 상관없이 연료로 사용이 가능합니다.다. 전기에너지O 하이브리드 자동차 - 화석연료를 이용하여 주행할 때 여분의 에너지로 전기를 충전시켰다가 다시 주행에 사용하므로 화석연료를 절약할 수 있어 고유가 시대에 도움이 됩니다. 전기로 구동할 때는 내연기관 엔진은 멈추고, 전기모터가 자동차 바퀴를 구동합니다.O 전기자동차 - 연료를 주입하는 연료통이 전혀 없는 순수 전기자동차입니다. 엔진이 없고, 전기가 전기 모터를 구동하고 감속기를 통해 자동차 바퀴를 회전시킵니다.<그림 2> 전기자동차 구조라. 수소 연료전지최근 수소연료가 사용되고 있는데, 수소 자동차는 수소가스를 사용하고 있지만 LPG 가스차처럼 수소를 태우는 내연기관이 있는 것이 아니라, 수소를 이용하여 전기를 생산하여 자동차를 구동시키는 전기차의 일종으로 수소연료전지 자동차입니다. 고유가 시대에 적합하지만 수소연료전지자동차는 아직 인프라가 구축이 되어 있지 않아 수소가스를 충전하기가 힘든 단점이 있습니다.<그림3> 수소연료전지 자동차 구조

지구과학·천문우주2022년 4월 6일 작성 됨

Q. 골프공은 왜 오돌토돌(곰보) 되어 있을까요?

안녕하세요. 기계공학 박사 백대균 과학전문가입니다.결론부터 말씀드리면 골프공을 멀리 보내기 위해서 곰보공을 만듭니다. 이것은 실제 과학실험에 의한 결과로써 매끈한 공보다 곰보공이 더 멀리 날아갑니다. 특히, 속도가 빠르면 비거리 차이가 더 심합니다. 골프 초기속도가 매우 빨라서 곰보공을 만들면 더 멀리 날아가는 효과가 더 커집니다.유체역학 이론을 말씀드리면 그림1과 같이 공의 속도가 빨르면 당연히 공의 뒷부분에는 공기의 양이 적어져서 압력이 낮아서 흡입력이 생깁니다. 이 흡입력은 공의 진행방향의 힘을 약화시킵니다. 딤플이 있으면 골프공 면을 타고가는 공기를 흔들게 만들므로 공의 뒷부분의 안쪽까지 공기가 잘 들어가게 되어서 압력강하 현상을 줄일 수 있습니다.그러나 매끈한 공은 공기가 면을 타고 부드럽게 흘러가다가 그대로 이탈하게 되므로 공의 뒷부분에 공기의 양이 상당이 줄어듦으로써 압력강화 현상이 많이 나타나서 공이 나아가는 힘을 더 약화시킵니다.전문적인 용어로 골프공의 딤플은 공기의 흐름을 층류에서 난류로 만들어 줍니다. 이 난류는 공기가 흔들리므로 골프공 뒷분분까지 공기가 잘 흘러들어가게 만듭니다.

지구과학·천문우주2022년 4월 4일 작성 됨

Q. 태풍의 눈 지역은 왜 고요한가요?

안녕하세요. 백대균 과학전문가입니다.아래 그림 1처럼 만약 태풍이 발달하게 되면 엄청난 저기압이 발생하여 많은 비를 내리고, 강한 강풍이 붑니다. 바람은 반시계 방향이고 태풍이 중심이 가장 낮은 저기압이므로 태풍의 중심쪽으로 바람이 붑니다. <그림 1> 태풍의 구름과 바람 방향그림과 같이 태풍중심으로 바람이 회전하면서 불면, 물의 회오리 현상처럼 중앙은 텅빈 모양이 형성됩니다. 따라서 태풍의 눈은 바람도 불지 않고 하강기류에 의해 구름도 없는 현상이 나타납니다. 그러나 태풍은 이동하므로 곧바로 강력한 비바람이 몰아칩니다.