답변 내역

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.오로라는 태양에서 날아온 대전 입자들이 지구의 대기와 충돌하면서 일으키며 발생하는 거대한 빛의 방출 현상입니다. 이 현상은 지구 자기장과 양자역학의 원리와 관련이 있습니다. 이와 관련하여 설명해 드리도록 할게요.태양은 끊임없이 양성자와 전자와 같은 고에너지 하전 입자로 이루어진 태양풍을 우주로 방출하는데, 이 입자들이 지구로 날아오면 거대한 자기장으로 이루어진 지구 자기권과 충돌하면서 대부분의 하전 입자는 지구 자기장에 비껴가지만, 일부는 자기력선에 갇히게 되어 자기력선에 갇힌 하전 입자들은 자기장을 가로질러 가지 못하고 자기력선을 따라 나선형으로 회전하며 이동합니다. 자기력선에 갇힌 태양풍 입자들은 자연스럽게 양 극지방의 상층 대기로 쏟아져 내리게 됩니다.극지방 상공에서 유입된 고에너지 하전 입자들은 대기를 구성하는 산소 및 질소 분자들과 충돌하게 되고, 충돌 시 하전 입자의 운동 에너지가 산소나 질소의 전자로 전달되는데, 에너지를 받은 전자는 들뜬 상태로 이동하게 되는데, 들뜬 상태는 매우 불안정하므로, 전자는 순식간에 다시 원래의 안정적인 바닥 상태로 떨어집니다. 이때 두 에너지 준위의 차이만큼의 에너지가 빛의 형태로 방출됩니다. 이 무수히 많은 빛들이 모여 밤하늘을 수놓는 오로라가 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.진공청소기의 먼지 흡입하는 원리는 청소기가 먼지를 빨아들이는 것이 아니라, 내부 모터가 만든 저기압 공간으로 외부의 높은 대기압이 공기와 먼지를 빨려 들어오게 하는 압력 차이를 이용한 방법입니다.청소기 내부의 고속 모터는 비스듬한 날개를 가진 원심 팬을 회전시키면, 중심부에 있던 공기 입자들이 원심력에 의해 외곽으로 밀려나 뒤쪽 배기구로 빠져나가게 되고, 팬 중심부와 노즐 내부의 공기 분자 밀도가 급격히 낮아지면서 대기압보다 낮은 부분 진공 상태가 형성됩니다. 공기는 기압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하려는 성질을 이용하여 외부의 상대적으로 높은 대기압이 흡입구 주변의 공기를 저기압 상태인 청소기 내부로 강하게 빨려 들어오고, 이때 흡입구 목 부분이 좁아지면서 공기의 유속이 급격히 빨라지며 먼지를 공기와 함께 띄워 내부로 보냅니다.흡입된 공기와 먼지는 청소기 내부에서 사이클론 작용이나 필터망을 통과해, 무거운 먼지는 원심력에 의해 먼지통에 떨어지고, 공기만 필터를 지나 다시 외부로 배출됩니다. 배출이 원활하게 이루어져야 내부의 저기압 상태와 높은 유속이 끊이지 않고 유지됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.상쇄 간섭은 동일한 파장과 진폭을 가진 두 파동이 만날 때, 한 파동의 마루와 다른 파동의 골이 부딪혀 합성 파동의 진폭이 줄어들거나 0이 되는 파동 중첩 현상을 말하는 데요. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.두 파동의 합성 파동이 완벽한 상쇄가 일어나기 위해서는 파동의 위상과 경로에 정밀한 조건이 들어맞아야 하는데, 위상차는 두 파동의 위상차가 반 주기를 이루어 파형이 정확히 반대로 뒤집혀야 하고, 경로차는 파원이 다를 경우, 두 파동이 도달하는 거리의 차이가 반파장의 홀수 배를 만족해야 합니다. 상쇄가 일어나는 지점에서 파동 에너지가 완전히 소멸하는 것은 아니라 상쇄 간섭이 일어난 영역의 에너지는 보강 간섭이 일어나는 인접한 다른 공간으로 재배치되어 시스템 전체의 에너지는 보존됩니다.노이즈 캔슬링은 이 위상차 특성을 전자적으로 제어하는 기술로, 외부 마이크가 주변 소음을 감지하면, 내부 디지털 신호 처리기가 이를 즉각 분석하여 파형은 완벽히 같되 위상만 뒤집은 반대 위상 음파를 내부 스피커로 출력합니다. 귓속 내부에서 두 파동이 합성되면서 소음이 상쇄되는 원리를 이용한 것입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.열기구가 상승하는 원리는 온도와 부피와의 관계에 따른 기체 열팽창과 아르키메데스의 부력 원리로 설명할 수 있습니다. 열기구 내부 공기의 온도를 높여 밀도를 낮추면, 주변의 차갑고 밀도가 높은 공기가 열기구를 위로 밀어 올리는 부력이 발생합니다. 이와 관련하여 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.열기구의 버너를 이용하여 공기를 가열하면 공기 분자들의 운동 에너지가 활발해져 서로 멀어지면서 팽창하게 되고, 열기구 하단은 열려 있으므로 팽창한 공기의 일부가 밖으로 밀려 나가면서 열기구 내부 공기의 질량이 줄어들며 내부 공기 밀도가 외부 공기 밀도보다 낮아지게 됩니다. 공기 속에 있는 물체는 물체의 부피 만큼에 해당하는 공기의 무게와 같은 크기의 부력을 위쪽으로 받기 때문에 열기구는 공중으로 떠오르게 됩니다. 열기구는 버너 가열과 상단 통풍구를 통한 열기 배출을 조절하여 내부 밀도를 제어함으로써 부력과 중력의 균형을 맞추며 고도를 유지하거나 이동합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.배터리를 충전 할 때 나타나는 전압이나 전류, 시간 반응 같은 전기적 신호 변화만으로도 배터리의 노후화 및 내부 열화 반응을 정밀하게 파악할 수 있습니다. 이와 관련하여 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.배터리가 노후화되면 내부 저항이 증가하여 정전류 충전 시 목표 전압에 도달하는 시간이 짧아져, 정전류 구간은 줄어들고 정전압 충전 구간이 길어지며 전체 충전 효율이 급격히 떨어지게 됩니다. 또한, 충전 전류가 유입되는 순간 발생하는 즉각적인 전압 상승 폭을 측정하면, 배터리 내부 직류 저항의 증가율을 바로 알아 낼 수 있습니다. 이외에도 충전 전압 변화에 따른 용량 변화율을 분석하면, 내부 리튬 이온 손실과 양극과 음극의 물질 손실 등의 구체적인 열화 원인을 분해 없이 알 수 있습니다.분해 없이 비과괴 배터리 상태 진단 방법으로 교류 임피던스 분광법이나 증분 용량 분석법, 직류 내저항 측정 등으로도 배터리의 배부 성능을 손쉽게 확인 할 수 있습니다. 실제로도 이와 같은 방법으로 배터리 셀을 파괴하거나 떼어내지 않고도 배터리의 잔여 수명을 정확히 추정합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.세포 내 단백질 합성은 DNA에 저장된 유전 정보를 바탕으로 전사와 번역이라는 생명 중심 원리 과정을 거쳐 이루어집니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.먼저, 전사는 세포핵 내부에서 이루어 지며, 세포핵 안의 DNA의 이중가닥이 풀리며, 단백질 생산에 필요한 유전 정보 부위가 단일 가닥 형태인 mRNA로 복사됩니다. 원본인 DNA는 손상을 막기 위해 핵 밖으로 나가지 못하므로, 사본인 mRNA를 만들어 세포질로 전달합니다.다음은 번역 과정으로 세포질의 리보솜에서 이루어 지며 핵을 빠져나온 mRNA가 단백질 합성 장소인 리보솜으로 이동합니다. 리보솜은 mRNA의 염기 서열을 3개씩 읽어 나갑니다. tRNA가 읽어낸 코드에 맞는 특정 아미노산을 찾아 리보솜으로 가져오고, 리보솜은 이 아미노산들을 펩타이드 결합으로 연결하여 폴리펩타이드을 만듭니다. 이렇게 연결된 아미노산 사슬은 소포체와 골지체로 이동하면서 독특한 3차원 입체 구조인 단백질이 합성됩니다.​올바른 입체 구조를 형성해야만 비로소 효소, 호르몬, 항체, 근육 등 제 기능을 수행하는 활성 단백질이 됩니다.단백질을 만드는 재료인 20가지 아미노산 중 11가지는 체내에서 스스로 합성할 수 있지만, 나머지 9가지 필수 아미노산은 체내 합성이 불가능합니다. 아무리 완벽한 유전 설계도가 있어도 재료가 없으면 합성이 중단되므로, 필수 아미노산은 반드시 식단을 통해 섭취해야 합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.물이 얼면서 부피가 증가하는 이유는 물 분자들이 수소 결합을 통해 빈 공간이 많은 육각형 결정 구조를 형성하기 때문입니다. ​일반적인 물질은 액체에서 고체로 상태 변화 할 때 입자 간격이 좁아지며 부피가 줄어들지만, 물은 고체로 상태 변화 될 때 부피가 약 9% 증가하는 독특한 성질을 가집니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.액체 상태인 물은 분자들이 열에너지로 인해 활발히 움직이며, 수소 결합이 끊어지고 맺어짐을 반복하면서 분자들이 서로 빽빽하게 붙어 있어 빈틈이 적습니다. 반면, ​고체 상태인 얼음은 온도가 내려가면 분자 운동이 느려지면서 수소 결합이 안정적으로 고정되어 물 분자들이 서로 일정 거리를 두고 육각형 모양의 3차원 입체 구조를 만들어 내부에 빈 공간이 크게 생깁니다.따라서 이런 결정 구조 때문에 내부 빈 공간이 늘어나면 부피는 증가하고 밀도는 감소하게 됩니다. 페트병 안의 물이 얼면서 늘어난 부피가 용기 안쪽 벽을 강하게 밀어내기 때문에 페트병이 빵빵하게 부풀어 오르거나 모양이 변형됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.후숙 과일이라는 것은 수확 후에도 자체적인 생화학 작용을 거쳐 맛과 식감이 점점 숙성되는 과일을 말합니다. 나무에서 막 딴 직후에는 딱딱하고 신맛이 강하지만, 시간이 지나면서 당도가 올라가고 과육이 부드러워지며 본래의 풍미가 완성됩니다.수확된 과일 내부에서 식물성 숙성 호르몬인 에틸렌 가스가 스스로 생성되는데, 이 가스가 과일 전체에 숙성 신호를 보내는 역할을 합니다. 에틸렌이 분비되면 과일의 산소 소비량과 호흡 속도가 폭발적으로 증가하고, 이 과정에서 에틸렌 분출이 다시 늘어나 숙성이 촉진됩니다. 과일에 저장되어 있던 단단한 전분이 효소에 의해 과당, 글루코스 등 단순당으로 분해되어 단맛이 급격히 강해집니다. 또한, 과일 세포벽을 단단하게 유지해 주던 펙틴 성분이 분해되면서 세포 조직이 느슨해지면서 단단했던 과육이 부드럽고 무르게 변합니다. 그리고 초록색을 띠는 엽록소가 파괴되면서 카로티노이드나 안토시아닌 색소가 드러나 선명하게 익은 노란색이나 빨간색으로 바뀝니다.후숙을 빠르게 진행하고 싶다면 에틸렌 가스를 많이 배출하는 사과나 바나나와 함께 밀폐된 종이봉투에 담아두는 것이 좋습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.히말라야 산맥은 약 5천만 년 전 인도 대륙과 유라시아 대륙이 충돌하면서 두 대륙 사이에 있던 바다가 위로 솟아올라 지금의 히말라야 산맥이 형성 되었습니다. 이 과정에서 갇힌 바닷물이 마르며 미네랄을 품은 핑크 소금 지층이 만들어졌니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.판게아가 분리되면서 인도 대륙과 유라시아 대륙 사이에는 테티스해라는 거대한 바다가 있었는데, 인도 대륙이 조금씩 북상해 유라시아 대륙과 부딪혔습니다. 두 대륙 지각의 밀도가 비슷했기 때문에 어느 한쪽이 밑으로 침강하지 못하고, 접촉면 전체가 위로 솟구치는 융기가 일어나 현재의 산맥이 형성되었습니다. 바다 밑바닥에 쌓여 있던 퇴적층과 바다 생물 유해가 상승했습니다. 이 때문에 지금도 에베레스트 정상 부근에서 암모나이트나 조개 화석이 발견됩니다.히말라야 핑크 소금의 생성된 원리는 대륙이 솟아오를 때 해수 일부가 육지 한가운데 갇혀 거대한 호수가 되었고, 이후 기후 변화와 함께 수분이 완전히 증발하면서 거대한 소금 결정층만 남았습니다. 오랫동안 지층이 덮이고 강한 압력을 받으면서 소금 결정이 단단한 암염으로 변했습니다. 이 때 수억 년 동안 미네랄과 철분 성분이 소금에 스며들면서 특유의 은은한 분홍빛을 띠게 되었습니다. 흔히 히말라야 핑크 소금이라 부르는 암염은 히말라야 산맥 남쪽 자락인 파키스탄 펀자브 지역의 케우라 소금 광산 등에서 주로 채굴됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.샤인머스켓처럼 씨가 없는 포도는 원래 씨가 안 생기는 유전적 특성도 있지만, 결정적으로 재배 과정에서 지베렐린이라는 식물 성장 호르몬을 처리하여 만들어집니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.포도꽃이 피는 시기에 포도송이를 지베렐린 용액에 살짝 담그면, 이 호르몬이 꽃가루의 수분과 수정 과정을 방해하여, 씨가 생기지 않은 상태에서도 열매만 맺히는 단위결실을 유도합니다. 일반 포도는 씨 내부에서 나오는 호르몬 덕분에 포도알이 커지지만, 씨를 없애면 알이 자라지 못하고 작게 남아버리기 때문에, 꽃이 진 후 지베렐린을 한 번 더 투여해 씨의 역할을 대신하여 포도알을 큼직하게 부풀립니다.수입산 청포도인 톰슨 시드리스 같은 일부 품종은 유전적으로 수정이 된 후 씨가 자라다가 도중에 스스로 퇴화하는 위단위결실 특성을 타고납니다. 샤인머스켓 역시 이러한 유전적 성향을 일부 이어받았지만, 상업적으로 씨가 전혀 씹히지 않는 완벽한 상태를 만들기 위해 농가에서 지베렐린 처리를 필수로 진행합니다.지베렐린은 포도, 아카시아 등 모든 식물이 스스로 만들어내는 천연 성장 호르몬입니다. 농가에서 사용하는 약제 역시 생장 조절제일 뿐 독성 농약이 아니며, 꽃이 피는 아주 초기 단계에 극미량 사용된 후 수확기까지 모두 분해되어 사라지므로 안심하고 드셔도 됩니다.