답변 내역

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.된장찌개나 라면 국물이 끓을 때 순식간에 거품이 솟구쳐 넘치는 이유는 국물 속 단백질과 전분이 수증기 방울을 감싸는 질기고 탄력 있는 거품막을 형성하고, 국물의 점도를 높여 수증기가 빠져나가지 못하게 가두기 때문입니다.콩, 고기, 면발 등에서 나온 단백질은 가열되면 원래의 접힌 구조가 풀리는 열변성이 일어나는데, 구조가 풀린 단백질 분자들은 친수성 부분과 소수성 부분을 동시에 가집니다. 이 분자들이 수증기 방울과 국물 사이의 경계면에 정렬하면서 일종의 자연 천연 표면활성제 역할을 합니다. 이 단백질 막이 수증기 방울의 표면을 얇고 질기게 감싸 안기 때문에, 방울이 표면에 도달해도 터지지 않고 형태를 오래 유지합니다. 또한, 라면의 밀가루나 된장의 콩에서 흘러나온 전분은 끓는물 속에서 물을 흡수하여 부풀어 오르는 호화 현상을 일으킵니다. 전분이 풀어진 국물은 끈적끈적한 점도가 높아져, 거품이 터지려면 거품 벽을 이루는 액체가 아래로 빠져나가야 막이 얇아져 터지는데, 점도가 높아진 국물은 액체의 이동이 둔해져 거품 벽이 잘 얇아지지 않고 오랫동안 유지됩니다.즉, 순수한 물은 수증기 방울이 표면에 도달하자마자 표면장력을 견디지 못하고 터져서 수증기가 공기 중으로 즉시 빠져나가지만, 찌개나 라면 국물은 질긴 단백질 막과 끈적한 전분 성분이 수증기를 가두어 촘촘한 거품 탑을 만들어, 이 거품 층이 냄비 상부를 뚜껑처럼 막아버리기 때문에, 바닥에서 계속 분출되는 수증기 압력이 거품 탑 전체를 순식간에 냄비 밖으로 밀어 올리게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.잠수함이 수심을 자유롭게 조절하는원리는 주밸러스트 탱크를 이용해 잠수함 전체의 무게를 조절함으로써 부력과 중력의 균형을 맞출 수 있기 때문입니다. 수심 조절 원리를 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.잠수함이 하강할 때는 잠수함 내부에는 바닷물이나 공기를 채울 수 있는 빈 공간인 주밸러스트 탱크가 있는데, 수면에 떠 있을 때는 탱크 안에 공기가 가득 차 있지만, 잠수할 때는 탱크 상부의 벤트 밸브를 엽니다. 내부의 공기가 위로 빠져나가면서 하부 개폐구를 통해 바닷물이 탱크 안으로 들어오고, 잠수함의 전체 무게가 부력보다 커지면서 물속으로 침수하게 됩니다. 목표 수심에 도달하면 밸브를 닫아 바닷물의 유입을 막습니다. 이때 잠수함 전체의 무게와 부력이 같아지는 중성 부력 상태가 형성되어 특정 수심에 머무를 수 있습니다. 이동 중에는 잠수함 외부에 달린 비행기 날개 모양의 잠항타 각도를 조절하여 물의 저항을 이용해 더 정밀하게 수심을 유지하거나 변경합니다. 잠수함이 수면 위로 떠오를 때는 고압 공기통에 저장해 둔 압축공기를 밸러스트 탱크 안으로 강력하게 밀어 넣습니다. 공기의 압력에 의해 탱크 안의 바닷물이 하부 개폐구를 통해 밖으로 밀려 나갑니다. 탱크가 다시 공기로 채워지면서 잠수함이 가벼워지고, 부력이 중력보다 커져 수면 위로 떠오르게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.열기구가 하늘 위로 떠오르는 과학 원리는 공기의 열팽창에 따른 밀도 변화와 부력입니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.버너로 열기구 내부의 공기를 가열하면 공기 분자들이 열에너지를 얻어 움직임이 활발해지면서, 공기가 팽창하고 열기구 하단의 개포구를 통해 일부 공기가 밖으로 빠져나갑니다. 이로 인해 기구 내부의 부피는 일정하지만 공기 입자의 수가 줄어들어, 내부 공기의 밀도가 바깥의 차가운 공기보다 낮아지게 됩니다. 기체나 액체 속 물체는 그 물체가 밀어낸 유체의 무게만큼 위로 밀어 올리는 힘인 부력을 받게 되는데, 밀도가 낮은 열기구 내부 공기는 상대적으로 밀도가 높은 주변 차가운 공기 속에서 위로 밀려 올라가는 힘을 받게 됩니다. 이는 물 아래에 공기방울이나 튜브를 놓으면 위로 떠오르는 것과 같은 원리입니다.열기구가 상승할 때는 버너를 가열해 부력이 열기구 전체 무게인 중력보다 크면 위로 올라가고, 정지할 때는 내부 공기 온도를 적절히 조절하여 부력과 중력이 같아지면 공중에 멈춰 섭니다. 그리고 하강할 때는 버너를 끄거나 상부 배기구를 열어 내부 공기를 식히면, 밀도가 다시 높아지고 부력이 줄어들어 중력에 의해 천천히 내려옵니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.격렬한 운동 후에 발생하는 근육통에 온찜질을 해주면 통증이 완화되는 이유는 온찜질이 혈관 확장 및 혈류 개선, 근육 이완 등의 생리적 반응을 통해 통증이 완화시켜 주기 때문입니다.주요 작용으로 근육에 따뜻한 열 자극을 받으면 수축해 있던 미세 혈관이 확장되며 근육 주변의 혈액 순환이 크게 활성화되고, 활발해진 혈류를 통해 손상된 근육 조직으로 산소와 수분, 단백질 합성 자원이 신속하게 공급됩니다. 동시에 운동 후 쌓인 염증 유발 물질과 노폐물이 혈액을 통해 빠르게 씻겨 나가며 회복 속도가 향상됩니다. 또한, 열 에너지는 근단백질과 융합 조직의 긴장을 풀어주고, 뭉치고 굳어있던 근육 섬유의 유연성이 돌아오면서 근육 경련이나 경직으로 인한 뻐근함이 감소합니다. 온열 자극이 피부와 근육의 온각 수용체를 자극하면, 열 감각 신호가 통증 신호보다 뇌에 먼저 전달되는 경향이 있어 일시적으로 통증을 덜 느끼게 됩니다.하지만, 운동 직후 관절이나 근육에 열감이 느껴지거나 부종이 심한 급성 염증 단계에는 냉찜질로 염증을 먼저 가라앉히는 것이 좋습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.과산화수소 소독약이 상처 부위에서 보글보글 거품을 일으키는 이유는 혈액과 파괴된 세포 속에 존재하는 카탈레이스라는 효소가 과산화수소를 급격히 분해하면서 산소 기체를 만들어내기 때문입니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.우리 몸의 적혈구와 손상된 세포 조직 내부에는 카탈레이스라는 촉매 효소가 다량 존재하는데, 피부가 찢어지거나 상처가 나면 이 효소가 외부로 노출됩니다. 과산화수소를 상처 부위에 바르면 혈액 속에 있는 카탈레이스의 효소 작용으로 인해 순간적으로 물과 산소 기체로 분해되는데, 이 과정에서 기화된 다량의 산소 기체가 상처 부위의 혈액, 진물, 단백질 성분 등과 엉켜 보글보글한 흰색 거품 형태로 분출됩니다.단지, 거품이 강하게 일어날수록 세균이 많아서 잘 소독되는 것이라는 오해가 많지만, 거품의 대부분은 세균 반응이 아닌 우리 몸의 혈액 및 파괴된 정상 세포 성분이 반응하여 발생한 산소 기체입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.생물들이 번식 시기를 결정할 때 일조 시간을 활용하는 가장 결정적인 이유는 일조 시간이 지구상에서 가장 예측 가능한 시계이기 때문입니다. 기온이나 강수량은 해마다 변덕스럽지만, 지구의 자전축 기울기와 공전으로 인해 생기는 일조 시간 변화는 매년 오차 없이 정확하게 반복됩니다. 생물들은 이 정확한 신호를 읽어 새끼나 씨앗이 생존하기 가장 좋은 환경에 맞춰 태어나도록 번식을 조절합니다.식물은 이동할 수 없기 때문에 추운 겨울이나 가뭄 때 꽃을 피우면 번식에 실패함에 따라 일조 시간을 감지해 꽃을 피울 시기를 결정합니다. 식물은 잎에 있는 피토크롬이라는 빛 수용체 단백질을 통해 빛의 유무를 감지하는데, 식물이 실제 측정하는 것은 낮의 길이보다 지속되는 밤의 길이라입니다. 밤의 길이가 특정 시간보다 짧아지거나 길어질 때 플로리겐라는 개화 호르몬을 줄기로 보내 꽃을 피웁니다.동물은 일조 시간을 이용해 호르몬 분비를 조절하며, 핵심은 임신 기간에 맞춰 새끼가 봄~여름에 태어나게 만드는 것입니다. 봄과 여름은 풀과 벌레 등 먹이가 풍부하여 새끼의 생존율이 가장 높기 때문입니다. 눈의 망막으로 들어온 빛 신호가 뇌의 송과선으로 전달됩니다. 밤이 지속되는 동안 송과선에서 멜라토닌 호르몬이 분비되는데, 일조 시간이 변하면 멜라토닌 분비 시간도 달라져, 뇌하수체는 이 멜라토닌 양의 변화를 읽어 생식샘 자극 호르몬을 분비하거나 억제합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.강화유리는 별도의 특수 물질을 첨가해서 만드는 것이 아니라, 일반 판유리를 원료로 사용하여 특정한 열처리 과정을 거쳐 물리적 구조를 변화시킨 유리입니다. 관련하여 설명해 드릴게요.강화유리의 주요 성분은 기본적으로 건물의 창문이나 컵에 쓰이는 일반 판유리와 성분이 동일합니다. 유리의 골격을 형성하는 핵심 성분인 이산화규소와 이산화규소의 높은 녹는점을 낮춰주는 용융제인 탄산나트륨 및 물에 녹지 않게 하고 내구성을 높이는 석회석과 기타 첨가제 등으로 구성되어 있습니다.강화유리는 열처리가 완료된 후에는 절단, 구멍 뚫기, 깎아내기 등의 후가공이 불가능하므로, 모든 모양 가공을 마친 후 강화 공정에 들어갑니다. 절단 및 가공 과정은 원하는 규격대로 유리를 자르고, 모서리를 매끄럽게 다듬습니다. 날카로운 모서리가 남아있으면 열처리 과정에서 균열이 생기기 때문입니다. 그리고 세척 및 건조는 표면에 먼지나 오염물질이 있으면 가열 시 표면 결함을 유발하므로 초순수 등으로 깨끗이 씻어냅니다. 고온 가열은 강화로 내부에서 유리의 연화점 근처인 600℃~700℃까지 균일하게 가열합니다. 마지막으로 급속 냉각은 가열된 유리를 꺼내 고압의 찬 공기를 표면에 동시에 분사하여 매우 빠르게 식힙니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.병원에 비치된 손소독제의 주요 성분은 에탄올 또는 이소프로판올이며, 유효 알코올 농도가 100%가 아닌 보통 60~80% 수준으로 맞춰져 있습니다. 이와 관련하여 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.소독제의 주요 성분은 알코올 이외에도 알코올이 병원체 내부로 침투하도록 돕는 용매인 정제수와 글리세린, 프로필렌글리콜, 알로에 추출물 등에서 얻은 보습제, 그리고 증점제 등으로 구성되어 있습니다. 소독작용 원리는 코로나19 바이러스와 독감 바이러스는 지방으로 둘러싸인 외막 바이러스로, 알코올은 이 지질 외막을 순식간에 녹여 바이러스가 세포에 침투하는 능력을 잃게 만듭니다. 바이러스 및 세균 내부로 침투한 알코올은 병원체의 생존에 필수적인 단백질 구조를 변질시키고 굳게 만들어 사멸시키는데, 100%에 가까운 순수 알코올은 세균 표면의 단백질을 너무 빠르게 응고시켜 일종의 방어막을 형성하므로 오히려 내부 침투를 막고 금방 증발해 버립니다. 반면 정제수가 20~40% 섞인 알코올은 증발 시간을 벌면서 병원체 내부까지 깊숙이 침투해 완벽한 소독 효과를 냅니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.우리가 흔히 크리스탈이라고 부르며 빤짝거리는 돌은, 원자들이 규칙적인 모양으로 차곡차곡 쌓여 굳은 결정을 뜻합니다. 빛이 정돈된 내부 구조를 통과하면서 화려하게 꺾이고 반사되기 때문에 반짝반짝하게 보이는 것입니다.자연 속 크리스탈은 풍부한 원료와 높은 온도와 압력, 그리고 아주 긴 시간'이 합쳐져 만들어집니다. 땅속 깊은 곳에서 뜨거운 마그마가 식거나, 미네랄이 가득 녹아 있는 뜨거운 지하수가 바위 틈새로 흘러들가면, 이 액체들이 몇 천 년에서 몇 백만 년에 걸쳐 아주 천천히 식으면, 액체 속에 흩어져 있던 원자들이 서로 결합할 시간을 얻게 됩니다. 원자들이 정해진 짝을 찾아 각진 모양으로 정교하게 입체 탑을 쌓아 올리면서 투명하고 반짝이는 원석 결정이 완성됩니다.인공적으로 만드는 크리스탈은 목적에 만드는 방식이 다릅니다. 자연 환경을 재현해 진짜 결정을 키우는 방법은 고온·고압을 견디는 특수 용기에 광물 원료와 물을 넣고 지하 깊은 곳과 똑같은 환경을 만듭니다. 이 상태에서 몇 주~몇 달간 원료를 천천히 정제하여 키워내며, 이렇게 만든 인공 수정이나 보석은 화학적 성질이 자연산과 100% 똑같습니다. 그리고 유리를 반짝이게 만드는 방법은 ​장식품이나 고급 유리 잔에서 보는 크리스탈은 실제 돌이 아니라 특수 가공된 유리인 경우가 많습니다. ​일반 유리를 만들 때 산화납, 바륨, 산화아연 같은 특수 성분을 첨가하면 빛을 꺾는 성질이 매우 높아집니다. ​이 유리를 세밀하게 정교한 각도로 깎아내면 자연 보석처럼 눈부시게 반짝거리게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.중세 연금술은 신비주의적 목적에서 시작되었지만, 물질을 다루는 수천 년간의 실용적 시도를 통해 근대 화학의 기술적·경험적 토대를 마련했습니다. 연금술이 화학 발전에 기여한 주요 분야에 대해 설명해 드릴게요.연금술사들은 물질을 분리하고 합성하기 위해 다양한 장비와 기법을 발명했습니다. ​증류, 승화,여과, 결정화, 추출 등 현대 화학 실험실에서 쓰이는 기본 조작법 대부분이 연금술 연구 과정에서 정립되었습니다. ​실험 기구로 증류기, 도가니, 중탕기, 여과장치 등 오늘날 실험 기구의 원형을 제작하고 개량했습니다. 금속을 변화시키려는 시도 속에서 이전에 알려지지 않았던 다양한 화합물과 원소가 발견되었습니다. 황산, 질산, 염산을 최초로 합성했습니다. 특히 질산과 염산을 섞어 금마저 녹일 수 있는 왕수를 만들어내며 화학 반응의 범위를 획기적으로 넓혔습니다. 또한, 인, 비소, 비스무트 같은 원소를 발견했으며, 고농도 알코올, 각종 금속 염류, 붕사 등을 제조하는 방법을 찾아냈습니다.연금술 이전의 자연학은 주로 머릿속 구상과 논리에 의존했습니다. 연금술사들은 직접 물질을 섞고 가열하며 관찰과 실험을 중심으로 한 실용적 접근법을 도입했습니다.