답변 내역

안녕하세요. 박재화 박사입니다.구리는 은 다음으로 전기전도도가 매우 높은 금속입니다. 그래서 같은 전력을 보낼 때, 손실을 줄이면서 전선과 모터를 효율적으로 만들 수 있는 것입니다. 또 잘 늘어나기도하고, 구부러진느 연성이 좋아 가느다란 전선이나 복잡한 코일 형태로 가공하기도 쉽습니다.말씀하신 전기차 내에서는 모터 권선과 배터리 연결부, 인버터, 충전 케이블 등 구리가 상당히 많이 들어가 있기 떄문에 내연기관차보다 사용량이 더욱 많습니다. 재생에너지 쪽을 보면 태양광과 풍력발전도 발전기와 케이블, 변압기, 전력망 연결설비들이 필요하기 때문에 구리 수요가 함께 증가합니다. 열전도성도 높아서 전력전자 장치의 열을 빼내는 부품이나 방열 구조에도 활용할 수 있습니다.전기화가 진행될수록 발전부터 저장, 송전, 모터까지 거의 모든 단계에서 쓰이는 구리가 전략자원으로 더 중요해질 수밖에 없습니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.전기차 배터리는 수백에서 수천 개의 셀이 연결되어 있어 일부 셀만 상태가 나빠져도 전체 성능이나 안전에 영향을 줄 수 있습니다. 그래서 BMS가 정교하게 설계됩니다.BMS는 각 셀의 전압과 온도, 배터리 전체 전류를 계속 측정하면서 과충전, 과방전, 과전류, 과열 같은 여러 위험상태를 감시하게 됩니다. 또 남은 충전량인 SOC와 배터리 노화 정도인 SOH를 계산해서 운전자에게 주행 가능거리나 배터리의 상태를 실시간으로 알려주기도 합니다.셀마다 미세하게 다른 충전 상태를 맞추는 셀 밸런싱을 수행해서 특정 셀만 먼저 과충전되거나 과방전되는 것도 막아주고, 충전 중에는 배터리 온도와 상태에 따라 충전 전력도 제한하기도하고, 필요하면 냉각장치나 히터와 연동해서 적정한 온도를 유지하기도 하는 다양한 기능들을 수행합니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.페트병 바닥의 꽃잎 모양은 얇은 PET 재료로 압력과 충격을 견디면서 병을 안정적으로 세우기 위한 구조로 볼 수 있습니다. 특히 탄산 음료병은 내부의 압력이 높기 때문에 바닥을 평평하게 만들면 가운데가 쉽게 부풀거나 변형이 일어날 수 있습니다.여러 갈래의 곡면과 홈은 내부 압력으로 생기는 힘을 바닥 전체와 병 옆면으로 분산시켜 변형을 줄여주기도 하고, 돌출된 여러 부분들은 병의 발과 같은 역할도 하기 때문에 바닥이 완전하게 둥글지 않아도 안정적으로 세워질 수 있게 합니다.또 같은 강도를 더 적은 플라스틱으로도 확보가 가능하기 때문에 병의 무게와 재료 사용량을 줄이는 데도 도움이 될 수 있는 구조입니다. 결국에는 디자인적인 요소보다는 압력 분산과 구조적 강도, 안정성을 함께 고려하여 만들어진 형태라고 생각하시면 되겠습니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.알루미늄은 산소와 결합하는 힘이 매우 강합니다. 그래서 산화알루미늄을 탄소로 쉽게 환원할 수 없기 때문에 전기분해가 필요한 것입니다.철은 산화철을 코크스의 탄소나 일산화탄소로 환원할 수 있지만, 알루미늄 산화물은 훨씬 안정하기 때문에 같은 방법으로는 분리하기가 상당히 어렵습니다. 그래서 알루미나를 녹인 뒤 전기를 흘려서 알루미늄 이온을 금속 알루미늄으로 환원하는 홀-에루 공정을 사용하는 것입니다.알루미나는 녹는점이 상당히 높은데, 실제 공정에서는 빙정석에 녹여서 전기분해 온도를 낮추면서 전력 소모를 줄이고, 이 과정은 전기에너지가 많이 필요한 과정이라 알루미늄 제련소는 전력이 싸고 안정적으로 공급되는 지역에 세워져야 합니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.세라믹 복합재료는 세람기 내부나 섬유나 입자 같은 보강재를 넣어 균열이 한 번에 퍼지는 것을 막도록 만든 재료입니다.일반적인 세라믹은 작은 균열이 생기면 그대로 전파되면서 갑자기 깨지기 쉽습니다만, 복합재에서는 균열이 보강재를 만나 방향이 바뀌거나 진행이 늦어지게 됩니다. 특히 세라믹 선유 같은 것들이 균열 양쪽을 붙잡는 경우라면 섬유 브리징 효과가 생기면서 파괴에 더 많은 에너지가 필요해집니다.균열이 진행되면서 섬유가 뽑혀 나오는 과정에서도 에너지가 소비되기 때문에 한 번에 부서지는 세라믹의 취성이 줄어들게 됩니다. 그리고 섬유와 세라믹 기지 사이의 계면을 적절하게 설계를 한다면 균열을 분산시키면서 손상이 국부적으로 집중되는 현상을 막을 수 있게 됩니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.결정 구조는 금속 안에서 원자들이 어떤 방식으로 배열되어 있느지를 뜻합니다. 이 배열이 변형과 전자의 이동 방식에 직접 영향을 주게 됩니다.금속마다 원자가 배열되는 방식들이 다르기 때문에 전위가 얼마나 쉽게 움직이는지가 차이가 생기고 그 결과로 강도와 연성 또한 달라지게 됩니다. 같은 금속이라도 온도나 열처리 조건에 따라서 결정구조자 결정립 크기가 변하면 경도와 인성, 가공성도 달라질 수 있습니다.결정립이 작아지면 보통은 변형이 진행되기가 어려워 집니다. 그래서 강도가 높아지는 경향이 있습니다. 그리고 합금원소가 결정 내부에 들어가거나 새로운 상을 만들게 되면 전위 이동을 방해하기 때문에 강도를 높이는 효과를 가져올 수 있습니다.이러한 이유로 인해서 재료공학에서 단순하게 어떤 원소로 이루어졌는지만 보는 것이 아니고 결정구조와 미세조직까지 함께 분석하는 것입니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.콘덴서는 전기를 오래 저장하기보다는 회로에서 순간적으로 필요한 전하를 빠르게 공급하거나 흡수하는 역할을 합니다.배터리는 화학반응으로 많은 에너지를 저장하지만 콘덴서는 두 전극 사이에 전하를 모으는 방식이기 때문에 충전과 방전 속도가 상당히 빠릅니다. 그래서 전원 전압이 순간적으로 떨어질 때 부족한 전기를 보충하고, 갑자기 높아질 때는 일부를 흡수해 전압을 안정시키게 됩니다.또 전원이 섞인 잡음이나 리플을 줄이는 필터 역할을 하고, 신호회로에서는 특정 주파수를 통과시키거나 차단하는 데도 사용되게 됩니다. 실생활에 보면 카메라 플래시 같은 것들 짧은 순간에 비교적 큰 전류가 필요한 곳에서도 콘덴서의 빠른 방전 특성들이 활용되고 있습니다. 콘덴서라는 전자부품은 전기를 저장한다기보다는 필요한 순가에 전기르 빠르게 주고받아 회로를 안정시키는 역할이 어찌보면 더 중요한 부품입니다.

안녕하세요. 박재화 박사입니다.일반적인 스테인리스 보온병이 SUS 304나 SUS 316 계열이라면 레몬즙처럼 약한 유기산에는 비교적 내구성이 좋기 떄문에 보통 음료로 마시는 정도는 큰 문제는 없어 보입니다. 스테인리스라는 소재의 특징이 표면에는 크롬 산화막이 형성되어 있어 산소와 수분의 금속 내부를 쉽게 부식시키지 못하도록 보호하는 역할을 합니다.다만 진한 레몬즙을 뜨거운 상태로 장시간 또는 며칠씩 보관한다면 니켈이나 크롬 같은 금속 성분의 용출량이 조금 증가할 가능성이 존재할 수 있고, 내부에 깊은 흠집이나 녹이 있는 경우 또는 품질이 현저히 떨어지는 저가 제품이라면 산성 음료를 오래 담아두는 것은 피하는 것이 좋습니다.말씀하신대로 레몬물 몇 시간 정도 담아 마시는 것은 일반적으로는 큰 문제가 되지 않을 것으로 보입니다. 사용 후 물로 잘 헹구고 잘 말려주시면 될 것 같습니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.HRTF는 광학 원리가 아니라 사람의 머리, 귀, 귓바퀴가 소리를 변화시키는 음향학적 특성을 이용하는 기술입니다.소리가 오른쪽에서 오면 오른쪽 귀에는 조금 더 빨리, 크게 도달하고 왼쪽 귀에는 머리를 돌아가면서 약간 늦고 약하게 도달하게 됩니다. 이를 야쪽 귀의 도착시간 차이와 음압 차이라고 하는데, 뇌는 이 정보를 이용해서 좌우 방향을 판단하는 것입니다. 또 귓바퀴 모양은 소리가 위쪽, 아래쪽, 앞쪽, 뒤쪽에서 올 때 주파수 성분을 서로 다르게 바꿔 높이와 앞뒤 방향 판단에 도움을 줍니다.HRTF 알고리즘은 이런 사람의 방향별 음향 변화를 데이터화해서 원래 소리에 적용하고, 이어폰이나 헤드폰을 재생합니다. 그래서 실제 스피커가 뒤에 없어도 뇌는 소리가 특정 방향과 거리에서 오는 것처럼 느끼게 되는 것입니다.

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.양자 센서는 원자나 전자의 에너지 상태가 아주 작은 자기장 변화에도 민감하게 변하는 성질을 이용합니다. 자기장이 변하면서 전자의 스핀이나 원자 에너지 준위가 조금 달라지는데, 이를 레이저나 마이크로파, 전기신호로 읽어서 자기장의 세기와 방향을 측정하는 것입니다.의료에서는 뇌와 심장의 전기활동이 만드는 미세한 자기장을 측정해서 MEG나 심자도 같은 검사에도 활용할 수 있다고 알려져 있고, 말씀하신 지한 탐사에서는 암석과 광물의 자성 차이로 생기는 미세한 지자기 이상을 측정해서 광체나 지질구조의 위치를 추정하는 데 도움이 될 수 있습니다. 물론 주변 전자기 잡음과 온도, 진동의 영향을 크게 받을 수 있기 때문에 차폐와 정밀한 보정기술이 함께 필요합니다. 제 생각에는 양자 센싱의 핵심은 기존 센서로는 잡기 어려운 아주 작은 물리 변화를 양자상태의 변화로 확대해서 읽어낼 수 있다는데 있는 것 같습니다.