답변 내역

안녕하세요. 박재화 박사입니다.비행기 날개에 철보다 알루미늄 합금을 많이 쓰는 이유는 단순하게 강한 재료보다 가볍고 충분한 강도를 가진 소재가 더 중요하기 때문입니다.철은 강도가 좋은 것은 누구나 알지만 무겁습니다. 비행기 특성상 엄청나게 크기 때문에 무게가 무거우면 연료 소모가 커지고 이륙하거나 비행할 때도 효율이 떨어질 수 있습니다. 그런 점에서 알루미늄 합금을 쓰면 철보다 훨씬 가벼우면서도 비행 중 받는 힘을 견딜 만큼의 강도를 낼 수 있습니다.특히 비행기에서는 재료의 절대적인 강도보다 무게 대비 강도가 중요한 기준이 될 수 있습니다. 탄소섬유 복합재도 많이 쓰이긴 한데, 알루미늄 합금이 여전히 항공기에서 중요하게 활용되고 있습니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.CPU가 초당 수십억 번 연산할 수 있는 이유는 내부 회로가 아주 빠른 박자, 즉 클럭에 맞춰서 계속 명령을 처리하기 때문입니다.CPU가 만약에 3GHz다 하면 1초에 약 30억번 정도의 기본 동작 타이밍을 가진다고 보시면됩니다. 쉽게 말해서 CPU 안에는 계산을 담당하는 작은 일꾼들이 아주 많이 들어 있다고 보시면 되겠습니다. 명령을 받고, 계산하고, 결과를 저장하는 일을 정말 빠른 속도로 반복하게 됩니다.그리고 CPU는 일을 하나씩 끝낸 뒤에 다음 일을 하는 것이 아니고 여러 단계를 나눠서 동시에 처리하게 됩니다. 자주 쓰이는 데이터들은 한번쯤을 들어보셨을 것 같은데 캐시라는 가까운 저장공간에 미리 두어서 기다리는 시간을 줄이기도 합니다. 요즘은 CPU가 코어도 여러 개라서 여러 작업을 나눠서 맡을 수도 있습니다. 빠른 전기 신호와 여러 계산 회로가 함께 움직이기 때문에 우리가 느끼기 어려울 정도로 빠르게 연산이 이루어지는 것입니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.인터넷 데이터는 문자나 사진이 그대로 날라가는 방식이 아니라, 아주 작은 데이터 조각으로 나뉘어 이동하는 방식입니다.내 스마트폰에서 와이파이 공유기나 통신사 기지국으로 신호가 가고, 이후 통신사 장비를 거쳐 인터넷망으로 들어가게 됩니다. 집 안이나 가까운 구간에서는 전파나 전기 신호로 이동하고, 먼 거리에서는 대부분은 광케이블 안의 빛의 신호로 바꾸어 이동하게 됩니다.도착한 데이터 조각들은 다시 순서에 맞게 합쳐져서 우리가 보는 메세지나 사진으로 복원되게 됩니다. 이 전체의 과정이 신호 이동 속도가 매우 빠르고, 이런 경로 선택과 복원이 자동으로 순식간에 처리되기 때문에 우리가 보기에는 순식간에 전달되는 것으로 보이는 겁니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.RAM과 SSD가 다르게 보이는 이유는 데이터를 붙잡아두는 방식의 차이입니다.RAM은 전원이 들어와 있는 동안 전기적 상태를 빠르게 바꿔가면서 데이터를 임시로 저장하는 장치입니다. 따라서 속도는 빠르지만 전원이 꺼지면 상태가 사라지게 되는 것입니다. 일반 메모리는 아주 작은 전하를 저장해서 정보를 구분하는데, 이 전하는 시간이 지나면 새어나가기 때문에 계속 새로 유지해 줘야 합니다.반대로 SSD나 플래시 메모리는 전자를 특정한 공간에 가둬두는 구조입니다. 그래서 전원이 꺼져도 그 상태가 한동안은 남아있게 되는 것입니다.전문용어로 RAM을 휘발성 메모리, SSD나 플래시 메모리를 비휘발성 메모리라 불립니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.AI가 아무리 발달해도 이 판단이 맞는가를 최종적으로 따지는 것은 결국 사람이 해야하지 않을까 생각됩니다.AI는 많은 사람의 지식과 기록을 학습한 결과물입니다. 집단적인 지능처럼 보일 수 있겠지만, 스스로 책임을 지는 그런 존재는 아닙니다. 말씀하신 것처럼 AI가 다수의 자료와 평균적인 판단들만 따라가다 보면, 소수지만 맞는 의견들이 묻힐 그럴 가능성이 크다는 것입니다.그래서 앞으로는 AI의 답을 그대로 믿는 사람들 보다는, AI가 어떤 근거로 그런 결론을 냈는지 따져보는 사람들이 더 중요해질 것으로 생각합니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.태양광 패널은 햇빛의 열이 아닌 빛 알갱이인 광자가 반도체에 부딪힐 때 생기는 에너지 변화를 이용하는 방식입니다.태양광 패널 안을 보면 실리콘 반도체가 들어있습니다. 실리콘 반도체에 빛이 조사되면 전자가 에너지를 받아 움직일 수 있는 상태가 되는데, 이 때 반도체 내부 구조가 전자들이 한쪽 방향으로 이동하도록 만들어져 있어서 전류가 생기게 되는 방식입니다.쉽게 말씀드려서 빛이 전자를 밀어내고, 패널 안의 전기장이 그 전자들을 일정한 방향으로 흘러가게 하는 것입니다. 이렇게 만들어진 전기는 처음에는 직류 형태인데, 인버터를 거쳐서 가정에서 쓰는 교류의 형태로 바꿔 사용하게 되는 과정을 거칩니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.초전도체는 아주 낮은 온도에서 특정 조건에서 전기 저항이 갑자기 0에 가까워지는 특별한 물질을 말합니다.금속에서는 전자가 이동하다가 원자 진동이나 불순물 같은 곳에 부딪히면서 에너지를 잃고, 이것이 저항으로 나타나곤 하는데, 온도가 충분히 낮아질 경우 일부 물질에서는 전자들이 따로 움직이지 않고 쿠퍼쌍이라는 짝을 이루어서 움직이게 됩니다. 이 상태가 되면 전자들이 물질 안에서 흩어지듯 부딪히는 것이 아닌 하나의 질서 있는 흐름처럼 움직일 수 있게 됩니다.전류가 흐를 때 에너지가 열로 거의 손실되지 않고, 저항이 사라진 것처럼 보이는 현상이 바로 이 때문입니다. 그리고 초전도체가 자기장을 밀어내는 성질까지 보이는 것도 이 특수한 전자 상태와 관련이 있습니다. 최근에 우리나라 연구진들이 상온 초전도체를 개발했다는 보도가 있었는데, 이것은 상온에서도 초전도 현상을 보인다는 말로 검증이 된다면 정말 대단한 기술이 될 수 있습니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.복합 재료들은 말 그대로 여러가지 재료를 복합적으로 사용한 재료입니다. 각각의 재료들이 가진 장점과 같이 썼을 때의 시너지를 기대하는 것입니다.대표적인 복합소재로 언급되는 것이 탄소섬유 복합체 입니다. 탄소섬유 복합체는 가늘면서도 강한 섬유가 힘을 버티면서 주변의 수지들이 섬유를 잡아주기 때문에 변형이 적으면서도 강력함을 보일 수 있습니다.금속은 전체가 한 덩어리로 힘을 받는 반면에 복합재료는 섬유 방향을 맞춰서 필요한 방향의 강도를 크게 높일 수도 있는 장점들을 가지고 있습니다. 대표적으로 골프체 같은 것 만봐도 탄소섬유 복합체로 만든 골프체는 가벼우면서도 탄성도 좋고 강한 특징이 있습니다.같은 무게라면 금속보다 더 큰 힘을 버티게 만들 수 있고, 같은 강도라면 무게를 줄일 수 있는 장점이 있는 것입니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.금속이 잘 휘는지, 아니면 단단하지만 잘 깨지는지는 결국 미세구조와 결함에 따라 달라집니다. 금속 배부의 원자 배열과 결함이 어떻게 움직이느냐가 중요한 것입니다.잘 휘는 금속들은 보통 힘을 받을 때 내부 원자층들이 조금씩 미끄러지듯이 움직이면서 모양이 변화할 수 있습니다. 이런 성질을 연성이라고 합니다. 구리나 알루미늄처럼 늘어나고 휘어지는 금속에서 자주 보이는 특성이에요.반대로 단단한 금속이나 합금들은 원자층이 쉽게 움직이지 못하기 때문에 처음에는 버티지만 한계점을 넘어가면 갑자기 깨져버립니다. 보통은 탄소가 많이 들어간 강철처럼 단단함을 높인 재료들이 이런 경향들을 많이 보입니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.반도체가 전류를 정밀하게 조절할 수 있는 이유는 전기가 잘 통하는 도체와 잘 안통하는 절연체의 중간적인 성질을 가지고 있기 때문입니다.순수한 반도체에 아주 적은 양의 불순물을 넣어주면 전자가 잘 움직이는 쪽이나 정공으로 전류가 흐르는 쪽은 만들 수 있습니다. 특히 트랜지스터는 작은 전압으로 전류의 길을 켜고 끄는 스위치 역할을 하게 됩니다. 컴퓨터 안에는 이런 트랜지스터가 엄청나게 많이 들어 있습니다. 그래서 켜짐과 꺼짐을 0과 1처럼 사용하게 되는 것입니다. 그 0과 1의 조합이 모이면 덧셈과 저장장, 판단, 화면 표시 같은 모든 연산이 가능해지게 됩니다.반도체는 전자의 이동길을 아주 작고 빠르게 조절해서 전기 신호를 계산 가능한 정보로 바꾸는 핵심적인 부품으로 보면 되겠습니다.