답변 내역

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.일반적인 금속에서 전자가 흐를 때 저항이 생기는 이유부터 먼저 알면 이해가 쉬워요. 금속 내부의 원자들은 격자 구조를 이루며 제자리에서 진동하고 있는데, 전자가 이동할 때 이 진동하는 원자들과 충돌하면서 에너지를 잃게 돼요. 이 충돌이 바로 전기 저항의 원인이에요. 온도가 높을수록 원자의 진동이 커지니 충돌도 잦아지고 저항도 커지는 거예요.그런데 특정 물질을 임계온도 이하로 냉각하면 전자들 사이에 아주 특별한 일이 벌어져요. 이걸 설명한 것이 1957년 바딘, 쿠퍼, 슈리퍼 세 물리학자가 만든 BCS 이론이에요. 이 이론의 핵심은 쿠퍼 쌍이라는 개념이에요. 전자 하나가 금속 격자 사이를 지나갈 때 주변의 양이온들을 살짝 끌어당기면서 일시적으로 양전하가 모이는 영역이 생겨요. 이 양전하 밀집 영역이 다른 전자 하나를 끌어들이면서 두 전자가 마치 한 쌍처럼 묶이게 되는데, 이것이 쿠퍼 쌍이에요. 전자는 원래 같은 음전하끼리 밀어내는 성질이 있지만, 격자 진동을 매개로 간접적으로 서로 끌어당기게 되는 셈이에요. :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.플라스틱의 주성분은 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 같은 고분자 화합물이에요. 고분자란 탄소와 수소가 수천에서 수만 번 반복 결합한 아주 긴 사슬 구조를 말하는데, 이 탄소 간 공유결합이 매우 안정적이라서 자연 상태의 에너지로는 쉽게 끊어지지 않아요.자연에서 낙엽이나 음식물이 분해되는 건 미생물이 분해 효소를 만들어 분자 결합을 끊기 때문이에요. 그런데 플라스틱은 자연계에 존재하지 않던 인공 화합물이라 이걸 분해할 수 있는 효소를 가진 미생물이 거의 없어요. 게다가 플라스틱 표면은 소수성, 즉 물을 밀어내는 성질이 있어서 미생물이 달라붙어 작용하기도 어려운 조건이에요.

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.소리는 파동의 한 종류인데, 그중에서도 종파에 해당해요. 종파란 파동의 진행 방향과 매질의 진동 방향이 같은 파동을 말해요. 소리가 발생하면 공기 분자가 앞뒤로 밀리고 당겨지면서 밀한 부분과 소한 부분이 번갈아 만들어지고, 이 압축과 팽창의 패턴이 옆 분자로 연쇄적으로 전달되는 거예요. 마치 도미노처럼 분자끼리 부딪히며 에너지를 넘겨주는 방식이에요.그래서 매질이 없으면 소리가 전달될 수 없어요. 전달받을 다음 분자 자체가 존재하지 않기 때문이에요. 이건 빛과 근본적으로 다른 점이에요. 빛은 전자기파라서 전기장과 자기장이 스스로 서로를 만들어내며 진행하기 때문에 매질 없이도 진공을 통과할 수 있지만, 소리는 반드시 물질의 진동을 빌려야만 이동이 가능해요.

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.유리와 도자기는 둘 다 딱딱하지만 열을 전달하는 속도, 즉 열전도율에서 큰 차이가 있어요. 유리는 열전도율이 상대적으로 높아서 뜨거운 물이 닿은 안쪽 면이 빠르게 팽창하는 반면, 바깥쪽은 아직 차가운 상태로 남아요. 이렇게 안팎의 팽창 차이가 순간적으로 벌어지면서 내부에 인장 응력이 생기고, 이 힘이 유리의 한계를 넘으면 균열이 생기거나 깨지는 거예요. 이걸 열충격이라고 불러요.도자기는 사정이 달라요. 도자기는 내부에 미세한 기공이 많은 다공성 구조인데, 이 기공들이 열팽창으로 생긴 응력을 흡수하고 분산시키는 완충 역할을 해요. 또한 도자기는 제작 과정에서 1200도 이상의 고온으로 소성하면서 이미 극심한 열변화를 겪은 재료이기 때문에 구조 자체가 온도 변화에 단련되어 있어요.정리하면 유리는 균일한 구조라서 열응력이 한 곳에 집중되기 쉽고, 도자기는 다공성 구조가 그 힘을 골고루 분산시켜주기 때문에 같은 뜨거운 물에도 버티는 능력이 다른 거랍니다.

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.맞아요, 압력솥의 핵심 원리는 단순히 압력이 세서가 아니라 끓는점이 올라가는 데 있어요.물이 끓는다는 건 액체 내부에서 기화가 일어나는 현상인데, 이게 가능하려면 물 분자가 만들어내는 수증기 압력이 바깥 대기압을 이겨야 해요. 평지에서는 대기압이 1기압이라 100도에서 끓지만, 압력솥은 뚜껑을 완전히 밀봉해서 내부에 수증기가 빠져나가지 못하게 만들어요. 수증기가 쌓이면서 내부 압력이 약 2기압까지 올라가면, 물 분자가 이 높은 압력을 이기려면 더 큰 에너지가 필요하기 때문에 끓는점이 약 120도까지 상승하게 돼요.일반 냄비에서는 아무리 가열해도 물 온도가 100도를 넘지 못하지만, 압력솥 안에서는 120도의 물로 식재료를 조리하는 셈이에요. 이 20도 차이가 화학 반응 속도를 크게 높여서 밥은 더 찰지게, 고기는 더 빨리 부드럽게 익는 거랍니다. :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.이건 기압 차이 때문에 생기는 현상이에요. 고등학교 과학에서 배우는 보일의 법칙으로 설명할 수 있답니다.커피믹스를 포장할 때는 보통 평지, 그러니까 해발 0미터 근처의 공장에서 밀봉해요. 이때 봉지 안에는 평지의 대기압인 약 1기압 상태의 공기가 함께 갇히게 돼요. 그런데 해발 1000미터 지점에 올라가면 주변 기압이 약 0.89기압 정도로 낮아져요. 높이 올라갈수록 머리 위에 쌓인 공기층이 얇아지면서 누르는 힘이 줄어들기 때문이에요.보일의 법칙은 온도가 일정할 때 기체의 부피와 압력은 반비례한다는 원리예요. 봉지 안의 공기는 여전히 1기압 상태를 유지하려 하는데 바깥 기압은 0.89기압으로 떨어졌으니, 안쪽 압력이 바깥보다 높아진 셈이에요. 그러면 안의 공기가 바깥으로 밀어내는 힘이 더 세지면서 봉지가 빵빵하게 부풀어 오르는 거예요. 계산해보면 부피가 약 12퍼센트 정도 늘어나게 되니 눈으로 보기에도 확실히 빵빵해 보이는 거랍니다. :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.음료수의 기본 베이스는 정제수, 즉 깨끗하게 걸러낸 물이에요. 여기에 종류별로 서로 다른 재료를 배합해서 만들어요.콜라는 정제수에 설탕이나 액상과당을 녹이고, 인산과 구연산으로 특유의 톡 쏘는 신맛을 만들어요. 여기에 카라멜 색소로 갈색을 내고, 카페인과 콜라 특유의 향료를 더한 뒤 마지막으로 탄산가스, 즉 이산화탄소를 고압으로 주입해서 톡 쏘는 청량감을 만들어내는 거예요. 사이다는 콜라보다 단순한 편인데, 정제수에 과당과 구연산을 섞고 레몬라임 계열 향료를 넣은 뒤 마찬가지로 탄산가스를 주입해서 완성해요. 색소가 들어가지 않아 투명한 거랍니다.써니텐이나 환타 같은 과일맛 음료는 방식이 조금 달라요. 정제수와 과당을 베이스로 하되, 여기에 과즙 농축액을 소량 넣어요. 제품마다 다르지만 실제 과즙 함량은 보통 10퍼센트 내외인 경우가 많아요. 나머지 맛은 오렌지나 파인애플 등 해당 과일의 합성향료로 보충하고, 주황색이나 노란색 같은 착색료를 써서 과일 느낌을 살려요. 탄산이 들어가는 환타와 달리 써니텐은 탄산 없이 만드는 차이도 있어요.설탕 함량은 일반적으로 탄산음료 캔 하나인 350밀리리터 기준으로 약 35에서 40그램의 당류가 들어가는데, 이건 각설탕으로 치면 대략 10개 정도에 해당하는 양이에요. 실제로 설탕 자체를 쓰기도 하지만 요즘은 옥수수에서 추출한 액상과당을 더 많이 사용해요.

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.질량의 단위인 그램은 18세기 말 프랑스 혁명 시기에 과학자들이 만물에 공통으로 적용될 수 있는 보편적인 기준을 만들고자 고민하던 과정에서 탄생했어요. 당시 프랑스 과학 아카데미는 누구나 어디서든 동일하게 측정할 수 있는 기준을 찾기 위해 주변에서 가장 흔하고 성질이 일정한 물을 선택했답니다 :)1795년 프랑스 정부는 섭씨 0도인 얼음이 녹는 지점의 순수한 물을 가로와 세로 그리고 높이가 각각 1센티미터인 정육면체 그릇에 가득 채웠을 때의 질량을 1그램으로 정의했어요. 이후 물의 밀도가 가장 커지는 섭씨 4도를 기준으로 삼아 더 정밀하게 수정되기도 했지만 기본적으로 물의 부피와 질량을 연결한 이 획기적인 아이디어가 현재 우리가 사용하는 그램의 시초가 되었답니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.콘크리트 박리현상은 표면의 모르타르 성분이 얇은 판 모양으로 떨어져 나가는 현상을 말합니다. 주된 원인 중 하나는 동결 융해 작용인데 콘크리트 내부의 수분이 얼어붙으면서 부피가 약 구 퍼센트 정도 팽창하게 되고 이때 발생하는 압력이 콘크리트의 인장 강도를 넘어서면 표면이 조각나며 떨어지게 되는 것이랍니다 또한 철근 부식에 의한 팽창도 큰 원인이 됩니다. 콘크리트 내부의 철근이 수분이나 염분에 노출되어 녹이 슬면 부피가 몇 배로 커지는데 이 팽창압이 내부에서 밖으로 작용하며 겉면을 밀어내게 되지요. 시공 시 물과 시멘트의 비율이 너무 높거나 충분히 다져지지 않아 내부에 미세한 구멍이 많을수록 이러한 박리 현상은 더욱 가속화되는 물리적 특성을 보입니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.유리를 구성하는 이산화규소 결합 구조는 전자가 존재할 수 있는 에너지 밴드 사이의 간격인 밴드갭이 매우 넓습니다. 가시광선이 가진 에너지는 이 넓은 간격을 뛰어넘어 전자를 들뜨게 하기에는 부족하기 때문에 빛이 물질에 흡수되지 않고 그대로 통과하게 되어 우리 눈에 투명하게 보이는 것이랍니다 반면 금속은 원자들이 금속 결합을 통해 자유 전자를 많이 가지고 있으며 에너지 밴드가 겹쳐 있어 밴드갭이 거의 존재하지 않습니다. 가시광선이 금속 표면에 닿으면 자유 전자가 그 에너지를 즉각적으로 흡수하여 진동한 뒤 다시 빛의 형태로 방출하는 재방출 과정을 거치게 되는데 이것이 우리가 보는 금속의 광택이자 불투명함의 원리이지요 :)