답변 내역

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.에디슨의 축음기는 1877년에 등장했다고 합니다. 소리를 기록한 뒤 다시 재생할 수 있었던 최초의 실용 장치로 알려져 있습니다.사람이 말하면 소리의 진동이 얇은 진동판을 흔들고, 이 진동판에 연결된 바늘도 함께 움직임을 하게 되는데, 이 바늘이 회전하는 원통의 주석박 표면을 눌러서 소리의 세기에 따라 깊이가 다른 홈들이 생기면서 음성을 기록하는 방식이였습니다.재생할 때는 같은 홈을 바늘이 다시 따라가면서 기록 당시와 비슷한 진동을 만들어내게 되고, 그 진동이 다시 진동판과 나팔을 흔들면서 공기를 진동시켜 사람의 귀에 소리로 들리게 됩니다. 즉, 전기 신호로 저장된 것이 아닌 공기의 진동을 기계적인 홈 모양으로 직접 저장하고 다시 진동으로 되돌린 방식인 것입니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.무선충전은 충전패드 안의 코일에 교류전류를 흘려 주변에 변화하는 자기장을 만드는 방식으로 시작됩니다.스마트폰 안에도 코일이 들어있고, 이 자기장이 스마트폰 코일을 통과하게되면 전자기유도에 의해 전압과 전류가 발생하게 됩니다. 두 코일이 직접 연결되지 않아도 자기장을 매개로 에너지가 전달되는 것입니다. 스마트폰은 이렇게 받은 교류 성분을 정류회로로 직류로 바꾸고, 충전제어회로가 배터리에 맞는 전압과 전류로 조절합니다.충전패드와 스마트폰 코일의 위치가 잘 맞을수록 자기장이 효과적으로 연결되기 때문에 충전 효율을 더 높아지는데, 반대로 위치가 어긋나있거나 거리가 멀면 손실과 발열이 커져서 충전 속도가 떨어질 수 있습니다.결국에는 무선충전은 전선을 없앤 것이 아닌 전기 에너지를 먼저 자기장으로 바꿨다가 다시 전기로 바꾸는 방식이라고 보시면 되겠습니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.인버터는 직류 전원을 트랜지스터 같은 전력반도체로 매우 빠르게 켰다 껐다 하면서 전류의 방향을 번갈아 바꾸는 방식으로 교류를 만들어 냅니다. 보통은 MOSFET이나 IGBT를 여러 개 조합한 브리지 회로를 사용해 출력 전압의 극성을 +와 -로 반복해서 전환합니다. 그대로 출력할 경우 각진 파형이 되기 때문에 PWM이란느 방식으로 스위칭 시간을 정밀하게 조절해 정현파에 가까운 형태로 만들어 냅니다. 이후 필터 회로가 고주파 성분을 줄여 가정에서 사용하는 50Hz나 60Hzx 교류에 가까운 전압으로 다듬게 됩니다.태양광 인버터는 여기에 전력망의 전압과 주파수, 위상까지 맞춰야 해서 제어회로가 계속해서 상태를 감시하고 태양광 패널에서 최대한 많은 전력을 얻기 위한 MPPT 기능과 과전압, 과전류, 누설전류 보호 기능도 함께 들어가 있습니다.결국에는 인버터의 핵심이라고 하면 직류를 단순하게 흔드는 것이 아닌 전력반도체를 정밀하게 스위칭해서 원하느 교류 파형으로 만들어 내는데 있다고 생각하시면 되겠습니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.전자기기 케이스의 금속은 외부 전자파가 들어오거나 내부 전자파가 밖으로 나가는 것을 줄이는 차폐 역할을 합니다.금속에 전자파가 닿으면 자유전자가 움직이면서 반대 방향의 전자기장을 만들어 내 일부 전자파를 반사시키고, 남은 전자파도 금속 내부를 통과하면서 저항 손실로 에너지가 줄어들기 때문에 차폐 효과가 생기게 됩니다. 그래서 알루미늄이나 구리, 철 같은 전도성 재료가 차폐용 케이스나 내부 실드에 많이 사용되는 것입니다.고주파에서는 케이스의 작은 틈이나 구멍, 케이블 연결부를 통해 전자파가 새어 나갈 수 있기 때문에 접합부와 구조 설계도 매우 중요할 수 있습니다. 전자파 차폐는 금속의 반사와 흡수 성질에 더해 틈새와 접지까지 함께 관리해야 효과가 커집니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.선박 밑바닥의 아연판은 철보다 먼저 산화되는 성질을 이용한 희생양극 방식의 부식방지 방법입니다.바닷물처럼 전기가 통하는 환경에서 철과 아연이 연결되면 아연이 양극이 되어 먼저 전자를 내놓고 부식됩니다. 이때 아연에서 나온 전자가 선체의 철로 공급되면서 철이 전자를 잃고 녹이 되는 산화반응이 억제되게 됩니다. 이러한 반응 때문에 선체는 상대적으로 음극 상태를 유지하며 부식 속도가 크게 줄어드는 것입니다.아연판은 시간이 지나면서 실제로 닳아 없어지기 때문에 정기적으로 점검하고 교체를 해주어야 하고, 선박이나 배관에선느 아연 외에도 알루미늄이나 마그네슘 합금을 희생양극으로 사용하는 경우가 있습니다. 결국에는 아연판이 배보다 먼저 녹아주면서 철의 부식을 대신 떠안는 것입니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.증폭 회로는 아주 작은 입력 신호의 변화에 따라서 전원에서 더 큰 에너지를 끌어와 출력 신호를 크게 만드는 회로를 말합니다.트랜지스터나 연산증폭기 같은 소자가 작은 입력 전압이나 전류를 이용해서 더 큰 출력 전압과 전류를 제어하는 방식으로 동작하게 되는 것입니다. 즉, 신호의 모양과 정보는 유지하면서 크기만 키우는 것이 핵심으로 볼 수 있고, 증폭기가 에너지를 새로 만드는 것은 아닙니다.마이크나 각종 센서의 출력들을 매우 작기 때문에 그대로는 처리하기가 어렵습니다. 그래서 먼저 증폭한 뒤 ADC나 제어회로로 보내는 경우들이 많습니다. 오디오에서는 스피커를 구동할 만큼 신호를 키우고, 무선통신에서는 안테나로 송신하거나 아주 약한 수신신호를 처리할 때 사용합니다.증폭 회로는 작은 정보를 실제로 처리하고 전달할 수 있는 수준으로 바꿔주는 전자기기의 핵심 회로라고 볼 수 있습니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.전자기기는 작은 전압 차이를 0과 1의 두 상태로 구분하고, 이를 데이터의 기본 단위인 비트로 사용합니다. 트랜지스터는 이 작은 전기 신호에 따라 전류를 켜고 끄는 스위치처럼 동작하고, 여러 개를 조합하면 다양한 논리회로를 만들 수 있습니다. CPU 안에는 이런 트랜지스터가 수십억 개 들어 있고, 클록 신호에 맞춰 매우 빠른 속도로 상태를 바꾸면서 계산을 반복합니다. 메모리도 전하나 트랜지스터의 상태를 이용해 0과 1을 저장하고 필요한 경우 다시 일어냅니다. 따라서 신호 자체가 크지 않아도 서로 명확하게 구분할 수 있고, 회로가 충분히 빠르다면 매우 복잡한 데이터 처리가 가능합니다.제 생각에는 전자기기의 핵심은 큰 전력을 쓰는 것 보다는 작은 전기 신호를 엄청난 수의 스위치로 빠르고 정확하게 처리하는 데 있는 것 같습니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.수건은 섬유 사이의 아주 작은 틈으로 물을 끌어들이는 모세관 현상과 섬유 표면에 물이 달라붙는 성질을 이용하게 되는데, 면 수건은 물과 잘 친해지는 친수성 섬유이기 때문에 손에 묻은 물이 섬유 표면으로 옮겨가고 내부 틈으로 퍼져 들어가게 됩니다.수건을 문지르면 손과 섬유의 접촉면적이 늘어나면서 물이 더 빠르게 이동합니다. 그래도 손이 완전히 마르지 ㅇ낳는 것은 수건에도 이미 물이 들어 있고, 피부의 미세한 주름과 틈에 남은 물까지 전부 제거되지는 않기 때문입니다. 또 수건이 너무 젖어 있다면 더 이상 물을 충분하게 받아들이지 못할 것이기 때문에 닦는 효과는 크게 떨어질 것입니다.그래서 마른 수건일수록 흡수력이 좋고 ,마지막 남은 물기는 공기 중으로 증발하면서 사라지게 되는 것입니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.현재 물리학에서 보면 미래로의 시간 이동은 상대성이론의 시간지연 효과로 실제 가능한 현상일 수도 있지만 과거로 가는 타임머신은 실현된 적이 없습니다.빛에 가까운 속도로 이동하거나 매우 강한 중력장에 머무르면 다른 사람보다 시간이 느리게 흘러 결과적으로는 미래에 더 빨리 도착하는 효과는 실험적으로 확인됐다고 합니다. 반면에 과거 이동은 웜홀이나 닫힌 시간곡선 같은 일반상대성이론의 특수한 경우에서 논의되고 있지만, 이를 만들고 유지할 현실적인 방법들이 알려져 있지 않습니다. 사실상 현재 기술 수준에서는 불가능한 영역입니다.말씀하신 AI와 초고성능 컴퓨타, 신소재, 정밀제어 같은 기술들이 발전하면 관련 이론 탐색과 시뮬레이션은 크게 빨라질 수 있겠지만 물리법칙 자체의 한계를 기술만으로는 넘어설 수는 없습니다. 따라서 현재 물리법칙 안에서는 과거로 가는 타임머신을 현실적인 공학기술로 보기 어렵지만, 미래에 새로운 물리학이 발견될 가능성까지 과학적으로 0이다고 단정하기도 어렵다고 생각합니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.탄소-14 연대측정은 유물의 반감기를 직접 재는 것이 아닌, 시료에 남아 있는 탄소-14의 양을 측정하고 알려진 반감기를 이용해서 연대를 계산하는 방식을 말합니다.생물이 살아 있을 때는 대기와 탄소를 계속 교환하지만, 죽으면 교환이 멈추고 몸속 탄소-14가 방사성 붕괴로 일정한 비율로 감소합니다. 따라서 목재나 뼈, 씨앗처럼 한때 생물이였던 시료들은 탄소-14와 안정한 탄소의 비율을 측정하면 죽은 뒤 얼마나 시간이 지났는지를 추정할 수 있는 것입니다.물론 대기 중 탄소-14 농도가 시대마다 일정한 것은 아니라서 나이테 같은 자료로 만든 보정곡선을 이용해 실제 연대로 다시 교정하는 절차를 거친다고 알려져 있습니다. 시료가 현대 탄소로 오염되거나 바다 생물처럼 탄소 순환이 다른 환경에서 자란 경우라면 실제보다 연대가 다르게 나타날 수도 있습니다. 그리고 탄소-14가 너무 많이 붕괴한 약 5만 년 이상의 오래된 시료는 측정 정확도가 크게 떨어진다고 합니다.