답변 내역

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.직류는 전류가 한 방향으로 계속 흐르는 방식을 말하고, 교류는 전류의 방향과 크기가 주기적으로 바뀌는 방식을 말합니다. 우리가 잘 아는 배터리와 보조배터리가 대표적인 직류 전원으로 보시면 되고, 가정의 콘센트에서 공급되는 전기들이 대표적인 교류입니다. 직류는 전압이 비교적 일정하기 때문에 전자회로나 배터리 충전, 반도체 장치에 사용하기 좋고, 교류는 변압기를 이용해 전압을 쉽게 높이거나 낮출 수 있기 때문에 장거리 송전과 전력 배전에 유리한 특징이 있습니다. 그리고 교류에 보면 주파수라는 개념이 있는데, 우리나라의 경우 1초에 60번 방향이 바뀌는 60Hz를 사용하고 있습니다.전자제품은 콘센트의 교류를 내부에서 다시 직류로 바꿔서 사용하는 경우들이 많고, 인버터로 반대로 직류를 교류로 바꾸기도 합니다. 결국에는 직류와 교류의 가장 큰 차이점은 전류의 방향이 일정한지 그리고 주기적으로 바뀌는지에 있다고 보시면 되겠습니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.전동기는 전류가 흐르는 도선이 자기장 속에 놓이면 힘을 받는 전자기력의 원리를 이용해 회전하게 됩니다.모터 내부에는 자기장을 만드는 고정자와 전류가 흐르며 회전하는 회전자가 있는데, 회전자 코일에 전류가 흐르면 고정자의 자기장과 상호작용을 하면서 한쪽은 밀리고 반대쪽은 당겨지는 힘이 만들어 집니다. 이 힘이 회전축을 중심으로 토크를 만들어 회전자를 돌리게 됩니다. 직류 전동기는 정류자나 전자제어 회로가 전류 방향을 적절하게 바꿔 같은 방향의 회전력이 계속 발생하도록 하는데, 교류 전동기의 경우 교류전원으로 회전자 주변에 회전하는 자기장을 만들고, 회전자가 그 자기장을 따라 움직이도록 합니다.결국에는 전동기라는 것은 전류와 자기장의 상호작용으로 생긴 힘을 회전력으로 바꾸는 장치라고 이해하시면 되겠습니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.직류 전동기의 속도는 기본적으로 전기자에 공급하는 전압을 조절해 바꿀 수 있고, 전압이 높아진다면 일반적으로 회전속도 또한 증가합니다.실제 장치에서는 전압을 단순하게 낮추기보다는 PWM 방식으로 전원을 빠르게 켰다 껏다 하면서 평균 전압을 조절하는 방법들이 많이 사용되는데, PWM은 전력 손실이 비교적 적기도 하고, 저속에서도 제어가 쉬워 모터 속도 제어에 적합하다고 보시면 됩니다.일부 직류 전동기의 경우는 계자전류를 조절해 자기장의 세기를 바꾸는 방법으로도 속도를 조절할 수 있고, 모터에 부하가 커지면 더 큰 토크가 필요해 전류가 증가하고, 공급 조건이 같다면 회전속도는 어느 정도 떨어질 수 있습니다. 정확한 속도를 유지하려면 엔코더나 홀센서로 실제 회전속도를 측정하고 제어기나 전압이나 PWM 비율을 자동으로 보정하게 됩니다.결국 직류 전동기의 속도는 공급 전압과 PWM 제어, 자기장의 세기, 그리고 부하 크기를 함께 고려해 조절한다고 보면 되곘습니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.다이오드는 전류를 한쪽 방향으로 잘 흐르게 하고 반대 방향으로는 거의 흐르지 않게 하는 반도체 소자를 말합니다.보통은 P형 반도체와 N형 반도체를 접합해서 PN접합 구조로 만들어지는데, 순방향 전압을 걸면 전류가 흐르기 쉬워지게 됩니다. 반대로 역방향 전압을 걸면 접합부의 공핍층이라는 층이 넓어져서 대부분의 전류가 차단되게 됩니다.이 특성을 이용해 교류를 직류로 바꾸는 정류회로에서 가장 많이 사용되고, 전압이 갑자기 높아지는 것을 막는 보호회로와 신호 검출, 스위칭 회로에도 활용됩니다. 발광다이오드인 LED는 전류가 흐를 때 빛을 내도록 만든 다이오드이고, 제너다이오드는 일정한 전압을 유지하는 데 사용되는 다이오드 입니다. 결과적으로 다이오드는 전류의 방향과 전압을 제어하는 기본적인 소자로서 전원회로부터 통신회로까지 매우 넓게 사용되고 있습니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.전력망의 주파수는 발전량과 소비량이 순간적으로 균형을 이룰 때 일정하게 유지됩니다. 전기를 쓰는 양이 갑자기 늘어나면 발전기가 더 많은 힘을 요구받기 때문에 회전속도가 조금 떨어지고 주파수 또한 낮아질 수 있습니다. 반대로 발전량이 소비량보다 많으면 발전기 회전속도가 올라가면서 주파수도 높아지는데, 이를 막기 위해 발전기의 조속기가 몇 초 안에 출력을 자동 조절하고, 이후 계통운영자가 발전기 출력을 추가로 조정해 주파수를 정상 범위로 되돌리게 됩니다.최근에 보면 배터리 ESS도 매우 빠르게 충전하거나 방전하면서 주파수 조정에 활용하고 있고, 발전기 예비력을 확보해 큰 발전소 고장이나 갑작스러운 수요 변화가 생겨도 즉시 대응할 수 있도록 준비하고 있습니다.결국보면 전력망의 주파수는 발전량과 소비량의 균형을 계속적으로 감시하면서 발전기와 저장장치의 출력을 실시간으로 조절하고 유지하는 것입니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.열처리는 금속을 일정한 온도로 가열하고 냉각하는 과정을 조절해 내부 조직과 성질을 변화시키는 방법입니다.같은 조성이라 할지라도 금속이 가열 온도나 유지 시간, 냉각 속도가 달라진다면 결정립 크기 자체가 달라지고 내부 조직도 달라질 수 있습니다. 이런 것을 위해 강을 빠르게 냉각해서 매우 단단한 조직을 형성시켜 강도와 경도를 크게 향상시키기도 합니다.반대로 적절하게 다시 가열하거나 천천히 냉각할 경우 내부 응력이 줄어들고 연성이나 가공성이 좋아질 수 있습니다. 이런 경우는 알루미늄 합금처럼 열처리를 통해 미세한 석출물을 만들어 강도를 높이는 재료도 많이 사용됩니다. 따라서 열처리는 제품에 필요한 특성을 목적에 맞게 조절하는데 있어서 매우 중요한 공정이라고 할 수 있습니다.결론적으로 재료공학에서는 금속의 조성뿐 아니라 열처리를 통해 만들어지는 미세조직까지도 함께 설계해야 원하는 성능의 재료를 만들어낼 수 있습니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.합금이라는 것은 순수한 금속에다가 다른 원소를 섞어 만든 금속을 말하는데, 강도와 경도, 내식성 같은 성질을 조절한 재료입니다.여러가지 예시들이 있는데, 철에 탄소를 넣으면 강도가 증가하는 탄소가 너무 많아진다면 또 연성이 떨어지고 깨지기 쉬워질 수 있습니다. 스테인리스강은 철에 크롬 등을 첨가해 표면에 보호막이 형성되도록 하여 부식에 강하게 만드는 대표적인 합금입니다. 알루미늄도 구리나 마그네슘, 아연 등을 첨가해서 열처리하면 순수한 알루미늄보다 훨씬 높은 강도를 얻을 수 있습니다.하지만 특정 원소를 많이 넣는다고 무조건 좋아지는 것은 아닙니다. 하나의 특성이 좋아지면 또 서로 반대되는 특성이 나빠지는 변화가 생길 수 있기 때문입니다. 결국에는 합금 설계는 원하는 제품 성능에 맞춰 각 원소의 종류와 함량을 적절하게 조절하는 과정이라고 볼 수 있겠습니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.표면처리는 재료전체를 바꾸지 않고 가장 바깥쪽의 성질만 조절해서 필요한 성능을 높이는 기술입니다. 제품의 마모나 부식 그리고 균열 같은 문제는 표면에서 시작되는 경우들이 많기 떄문에 표면 특성을 개선한다면 수명을 크게 늘릴 수 있게 됩니다.대표적으로 도금이나 모팅은 금속 표면을 외부 환경과 차단하는 역할을 하기 때문에 녹이 생기는 것을 줄여 줄 수 있습니다. 질화나 침탄 같은 처리들은 금속 표면을 단단하게 만들어서 기어와 축같은 마찰이 심한 부품들의 기계적 강도를 향상시키는데 쓰이기도 합니다.필요에 따라서 원하는 특성에 맞게 전기적 특성이나 기계적 특성, 접착력, 오염 방지 등을 조절하기 위한 목적으로 표면처리를 적용하며, 이 공정은 매우 중요합니다. 결론적으로 표면처리는 내부의 강도나 재료 특성은 유지하면서도 실제 사용 환경에 필요한 내구성과 기능을 추가하는 하나의 기술로 볼 수 있겠습니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.물이 꿀렁꿀렁 거리면서 나오는 현상은 병에 공기가 들어가는 과정과 직접 관련이 있다고 보시면 됩니다.물병을 뒤집으면 물이 밖으로 빠져나갑니다. 그러면 병 내부의 압력은 순간적으로 낮아지게 되는데, 이 상태에서는 물이 계속 빠져나가기 어렵기 때문에 바깥 공기가 병 입구를 통해 안으로 들어가려고 합니다.문제는 여기서 물이 나오는 통로와 공기가 들어가는 통로가 같은 병 입구이기 때문에 두 흐름이 서로 방해한다는 점입니다. 그래서 물이 잠시 나오다가 공기방울이 안으로 들어가고, 다시 물이 나오는 과정이 반복되면서 꿀렁거리는 소리가 발생합니다.그래서 이럴 때는 병을 조금 기울여 물이 빠져나가는 공간과 공기가 들어가는 공간을 만들어주면 훨씬 부드럽게 물이 잘 나오게 됩니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.어르신이 바닥에서 사용하신다면 너무 푹신한 제품보다는 좀 적당히 받쳐주는 단단한 토퍼가 오히려 편한 경우가 많습니다.국내 브랜드들은 몽제, 센스맘, 슬로우베드 같은 토퍼 브랜드들이 비교적 많이 알려져 있긴 한데, 두께나 복원력, 커버 세탁 같은 것들을 함께 따져보시고, 친환경 제품을 원하신다면 천연 라텍스나 친환경 섬유를 사용하고 유해물질 인증 같은것을 받은 제품인지 확인하는 것이 좋습니다.돌침대나 전기장판 위에 올려두면 문제가 열이 충분히 배출되지 못하고 열이 갇혀버려 화재의 위험이 발생될 수 있으므로 어느정도 열이 배출될 수 있도록 특히 전기가 연결되는 부분은 가리면 안될 것 같습니다.결론적으로 어르신용이라면 너무 푹신하지 않은 적당한 단단함과 통기성, 관리 편의성을 우선하고 온열기구과 함께 쓸 경우라면 소재의 내열성을 반드시 확인하시는 것이 좋겠습니다.