답변 내역

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.물고기는 입으로 삼킨 물을 아가미로 밀어내는 과정을 통해 물의 흐름과 혈액의 흐름을 반대로 교차시키는 역류 교환 원리를 이용하여 물속 용존 산소를 혈액으로 흡수합니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.물고기는 아가미 내부가 빗살 구조로 되어 있어 물과 혈액이 만나면 접촉 면적을 넓혀주는 기능을 합니다. 물고기가 입을 벌려 물을 마신 뒤 닫으면, 물은 아가미 쪽으로 밀려 나가 아가미 덮개 밖으로 빠져나갑니다. 이때 아가미 표면을 따라 지나가는 물의 진행 방향과 내부 모세혈관 속 혈액의 진행 방향은 서로 정확히 반대 방향으로 흐르게 되어, 혈액이 흘러가는 경로 내내 물속 산소 농도가 혈액 속 산소 농도보다 항상 높게 유지됩니다. 이 역류 시스템 덕분에 물고기는 공기보다 산소 비율이 훨씬 낮은 물속에서도 용존 산소를 혈액 안으로 가져올 수 있습니다. 분자 농도가 높은 물속 용존 산소가 모세혈관 벽을 통과해 혈액 속 적혈구로 자연스럽게 이동하며, 반대로 체내 대사 결과 혈액 속에 쌓인 이산화탄소는 농도가 낮은 아가미 밖의 물로 빠져나가 몸 밖으로 흘러갑니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.높은 산이나 비행기 내부처럼 고도가 높은 곳에 올라가면 외부의 기압이 낮아지면서 과자 봉지 내부 기체의 부피가 팽창하기 때문에 봉지가 부풀어 오릅니다.보통 평지에서는 1기압의 대기압이 작용하지만 고도가 높아질수록 공기가 희박해지면서 대기압이 점점 낮아집니다. 과자 봉지 내부의 질소 기체는 보통 평지를 기준으로 1기압 상태로 만들어졌기 때문에, 고도가 높아지면서 기압이 낮아지면 봉지 내부의 기체가 밖으로 밀어내는 힘이 대기압 보다 더 강해집니다. 따라서 내부 기체는 안과 밖의 압력이 같아질 때까지 사방으로 부피가 팽창하게 됩니다. 봉지가 팽창하다가 비닐 재질의 인장력 한계에 다다르면 더 이상 늘어나지 못하고 터질 듯이 빵빵한 상태를 유지하게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.맑은 바닷물이 깊어질수록 푸른색으로 보이는 이유는 물 분자가 파장이 긴 붉은빛을 선택적으로 흡수하고, 파장이 짧은 푸른빛은 흡수하지 않고 산란시키기 때문입니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.햇빛이 바닷물 속으로 들어갈 때 긴 파장의 붉은색 빛은 물 분자에 의해 흡수되며, 파장이 짧은 푸른색 빛은 물 분자가 거의 흡수하지 못하고 깊은 곳까지 투과합니다. 흡수되지 않고 깊은 곳까지 들어간 푸른빛은 물 분자들과 충돌하면서 사방으로 튕겨 나가는 산란 현상을 일어납니다.사방으로 튕겨 나온 푸른색 빛은 수면 밖으로 나와 우리의 눈에 도달하여 푸른색으로 보이게 됩니다. 수심이 깊어질수록 빛이 통과해야 하는 물층이 두꺼워지므로, 붉은빛의 흡수량과 푸른빛의 산란량이 극대화되어 더욱 짙고 투명한 푸른빛을 띠게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.밤하늘에 다채로운색을 내는 불꽃놀이는 금속 원소가 열을 받아 빛을 내는 불꽃 반응과 전자의 에너지 흡수와 방출을 통해 빛이 방출하는 원리입니다. 폭죽이 터지며 발생하는 고온의 열에너지를 금속 원자가 흡수하면, 가장 안정되어 있던 전자가 에너지를 얻어 더 높은 에너지 레벨로 뛰어오릅니다. 높은 에너지 상태인 들뜬 상태는 매우 불안정하기 때문에, 전자는 즉시 원래의 안정적인 바닥상태로 다시 떨어집니다. 이때 전자가 떨어지며 처음 흡수했던 에너지를 외부로 내뿜는데, 이 에너지가 바로 빛의 형태로 방출되어 다양한 색의 빛을 내는 것입니다. 불꽃놀이는 연출하고자 하는 색에 따라 특정 금속이 포함된 화합물을 조합하여 폭죽을 만듭니다. 예로 스트론튬이나 리튬은 빨간색, 나트륨은 노란색, 구리는 청록색, 칼륨은 보라색 등의 색을 연출합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.안경의 시력 교정 원리는 눈의 수정체가 빛을 모으는 초점 위치가 망막에서 벗어났을 때, 오목렌즈나 볼록렌즈를 이용해 빛의 꺾임 각도를 조절함으로써 초점을 정확히 망막 위에 맺히게 만드는 것입니다.근시는 안구의 앞뒤 길이가 너무 길거나 수정체의 두께가 두꺼워 빛의 초점이 망막 앞쪽에 맺히는 것으로 오목렌즈를 통해 교정합니다. 오목렌즈는 빛을 넓게 퍼뜨리는 수정체를 통과한 후 초점 위치가 뒤로 밀려나 정확히 망막 표면에 맺히게 하는 렌즈입니다. 원시나 노안은 안구의 앞뒤 길이가 너무 짧거나 수정체의 탄력이 떨어져 굴절력이 약해지면, 빛의 초점이 망막 뒤쪽에 맺혀지는 것으로 볼록렌즈로 교정합니다. 볼록렌즈는 빛을 안쪽으로 모아주어 초점 위치를 앞쪽으로 당겨 망막 표면에 상을 맺히게 합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.자동차 에어백은 충돌 순간 충격 센서가 급감속을 감지하면, 점화 장치가 고체 추진제의 화학 반응을 일으켜 수십 밀리초 이내에 질소 가스를 폭발적으로 발생시키는 원리로 작동합니다.자동차 곳곳에는 충격 센서가 설치되어 있어 차량의 급격한 속도 감소를 실시간으로 측정하게 됩니다. 에어백 제어장치가 충격의 정도가 탑승자에게 위험한 수준이라고 판단하면 순간적으로 점화 장치로 전기 신호를 보내면, 전기 신호가 에어백 내부의 점화기를 작동시켜 고체 추진제가 순간적으로 분해되는 화학 반응이 일어납니다. 고체 추진제가 열분해 되면 인체에 무해한 질소 기체가 순식간에 방출되어 에어백 주머니가 부풀어 올라 위험으로부터 보호해 줍니다.탑승자의 몸이 에어백에 닿는 순간, 에어백 천 천에 뚫려 있는 배출 구멍으로 질소 가스가 빠르게 빠져나가면서 충돌 에너지를 흡수하기 때문에, 에어백이 딱딱한 공처럼 사람을 튕겨 내어 발생하는 부상을 예방할 수 있습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.미원의 주성분은 아미노산 중 하나인 글루탐산나트륨으로 미원이 감칠맛을 내는 비결은 혀의 전용 미각 수용체를 직접 자극하고, 다른 식재료와 결합해 풍미를 폭발적으로 증폭시키기 때문입니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.주성분인 글루탐산나트륨은 글루탐산에 보관과 용해를 쉽게 하기 위해 나트륨 분자를 하나 결합한 물질입니다. 화학 합성품이라는 과거의 오해와 달리, 미원은 사탕수수를 미생물로 발효시켜 만들며, 이는 된장이나 김치를 만드는 발효 과정과 크게 다르지 않습니다. 또한, 글루탐산은 다시마, 숙성 치즈, 멸치 등에 다량 함유되어 있어 감칠맛 성분과 분자 구조상 완전히 동일하기 때문에 과거의 건강을 해치는 이미지를 탈피하고 있습니다.신비의 맛을 내는 화학적 원리는 사람의 감칠맛 전용 수용체에 미원이 침에 녹아 분리된 글루탐산 이온이 이 수용체에 결합하면, 뇌에 인지하여 강한 쾌감을 느낍니다. 글루탐산은 육류나 생선의 핵산 성분인 이노신산, 버섯의 구아닐산과 결합하면 미각 수용체와의 결합력이 폭발적으로 증가하여 고기육수나 버섯 요리에 미원을 넣으면 맛의 깊이가 순식간에 달라지는 이유입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.대부분의 사람의 방귀는 냄새가 많이 나지 않는 가스이지만, 단 1% 미만의 미량 성분과 개인의 장내 환경 차이 때문에 사람마다, 혹은 그날 먹은 음식에 따라 냄새가 천차만별로 달라집니다.방귀의 주성분은 장내 세균이 음식물을 발효시킬 때 생성되는 질소, 산소, 이산화탄소, 수소, 메테인이 대부분을 차지하며, 이 기체들은 기본적으로 냄새가 전혀 나지 않습니다. 방귀 냄새를 결정짓는 것은 아주 미량 포함된 휘발성 황 화합물로, 썩은 계란 냄새가 나는 황화수소, 싹은 양배추나 마늘 냄새의 메틸메르캅탄, 강한 악취의 디메틸설파이드 같은 물질들입니다. 사람마다 방귀 냄새가 다른 이유는 단백질 위주의 식사를 하는 사람은 장내에서 황화수소가 대량 발생해 냄새가 고약해지며, 반대로 탄수화물과 식이섬유 중심의 식단을 하면 냄새는 거의 나지 않습니다. 또한, 장내 세균의 균종 구성 비율이 다릅니다. 특히 황을 먹어 치우고 황 가스를 내뿜는 황산염 환원균을 많이 보유한 사람은 남들과 똑같이 먹어도 지독한 냄새를 만들어냅니다. 이외에도 소화 능력 및 체류 시간 등에 영향을 받습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.혼합물에서 특정 성분만 순수하게 뽑아내는 정제 기술은 각 물질이 지닌 고유한 성질의 차이를 정밀하게 이용합니다. 현대 화학에서 가장 널리 쓰이는 대표적인 정제 방법에 대해 설명해 드릴게요.먼저, 용해도 차이를 이용하는 재결정입니다. 물질마다 온도에 따라 용해도가 다르다는 점을 이용하는 것으로 불순물이 섞인 고체를 뜨거운 용매에 완전히 녹인 뒤 천천히 식힙니다. 온도가 낮아지면 용해도가 급격히 떨어지는 순수 목표 물질만 깨끗한 결정 형태로 굳어 나오고, 불순물은 용액 속에 그대로 남아있게 됩니다. 다음은 끓는점 차이를 이용한 분별증류입니다. 액체 물질이 기체로 변하는 끓는점이 서로 다르다는 점을 이용하는 것으로 혼합물을 가열하면 끓는점이 낮은 물질이 먼저 증발하여 기체가 됩니다. 이 기체를 별도의 관으로 유도해 차갑게 식히면 순도가 높은 액체를 모을 수 있습니다.마지막으로 용매의 극성 차이를 이용한 크로마토그래피입니다. 성질이 매우 유사하거나 아주 미량으로 섞여 있어 증류나 재결정으로 분리하기 힘든 정밀한 물질을 정제할 때 사용하는 방법으로 정지해 있는 고정상과 흐르는 이동상 사이에서 각 물질이 결합하려는 친화력의 차이를 이용하여 혼합물을 용매에 녹여 고정상을 통과시키면, 고정상과 당기는 힘이 약한 물질은 빠르게 빠져나오고 힘이 강한 물질은 천천히 통과하여 성분별로 순차적으로 분리됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.석회수가 뿌옇게 흐려지는 이유는 산화 구리와 탄소가루가 반응하면서 발생한 이산화 탄소 기체가 석회수와 만나 물에 녹지 않는 흰색 앙금인 탄산 칼슘을 생성하기 때문입니다. 이 과정을 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.검은색의 산화 구리(II)와 탄소가루를 섞고 가열하면, 탄소가 산화 구리로부터 산소를 빼앗아 오는 과정에서 산화 구리는 붉은색의 구리로 환원되고, 탄소는 산화되어 이산화 탄소 기체가 발생합니다.석회수는 수산화 칼슘을 물에 녹인 투명한 수용액으로, 발생한 이산화 탄소 기체가 관을 타고 석회수로 들어가면 수산화 칼슘과 반응하여 물에 녹지 않는 미세한 고체 입자인 탄산 칼슘을 형성합니다. 이 미세한 탄산 칼슘 입자들이 물속에 수없이 떠다니는데 이 입자가 우리 눈에는 석회수가 뿌옇게 변한 것으로 보입니다.참고로 뿌옇게 흐려진 석회수에 이산화 탄소 기체를 계속 넣으면, 탄산 칼슘이 물에 녹는 탄산수소 칼슘으로 변하면서 다시 투명해집니다.