답변 내역

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.냉장고가 음식을 신선하게 잘 유지되는 이유는 냉매가 액체에서 기체로, 기체에서 액체로 상태 변화를 일으킬 때 발생하는 기화열 흡수와 액화열 방출하는 과정을 거치기 때문입니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.냉장고 내부의 순환 과정을 보면 저온, 저압 상태의 액체 냉매가 냉장고 안쪽에 설치된 증발기 파이프를 지나며, 음식물과 냉장고 내부의 공기 열을 빼앗아 기체로 기화되면서 냉장고 안이 차가워집니다. 열을 흡수해 기체가 된 냉매를 모터를 이용해 강력하게 누르고 압축하여 열이 응축된 고온, 고압의 기체 상태로 만들어 집니다. 고온, 고압의 기체 냉매가 냉장고 뒷면이나 밑면에 있는 응축기를 지날 때 방출되는 액화열이 외부 공기로 전달되면서 냉매는 다시 액체로 변합니다. 고압의 액체 냉매가 아주 좁은 관을 지나면서 압력이 급격히 낮아지면서 다시 기화하기 쉬운 차가운 저온, 저압의 액체 상태가 되어 증발기로 이동하는 과정을 거치면서 냉장고는 항상 시원함을 유지할 수 있는 것입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.우리가 비온 뒤에 볼 수 있는 무지개는 백색광인 햇빛이 대기 중의 빗방울에 들어갈 때, 파장에 따라 굴절하는 정도가 달라지면서 여러 빛깔로 갈라지는 빛의 분산 현상 때문에 나타납니다.햇빛은 파장이 다른 여러 색의 빛이 섞여 있는 백색광인데요. 빛이 공기 중에 떠 있는 물방울로 진입할 때는 속도가 느려지면서 경로가 꺾이는 굴절 현상이 나타나는데, 이때 빛의 파장에 따라 꺾이는 정도가 달라집니다. 파장이 긴 빨간색 빛은 에너지가 작고 물속에서 속도 변화가 상대적으로 적어 덜 꺾이게 되고, 파장이 짧은 보라색 빛은 에너지가 크고 물속에서 속도가 많이 줄어들어 더 크게 꺾입니다. 이렇게 분리된 빛은 물방울의 뒷면의 벽에 부딪치며 반사하게 되고, 빛이 물방울을 빠져나와 공기 중으로 나올 때 다시 한번 꺾이면서 분산이 일어나 우리가 보이는 무지개가 되는 것입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.같은 재료라도 굽는 방식에 따라 영양 성분이 달라지는 이유는 열 전달 방식에 따른 열파괴율, 그리고 수분 증발 과정에서 함께 빠져나가는 드립 현상의 차이 때문입니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.전도를 이용한 팬 구이는 접촉면에 고열이 집중되어 수분 손실이 빠르고 표면 탄화가 일어나기 쉽지만, 대류를 이용한 오븐은 공기를 통해 은은하게 열을 전달해 영양소 파괴가 적지만 시간이 오래 걸립니다. 복사를 이용한 숯불은 내부 깊숙이 열을 전달하지만 기름이 떨어지며, 다량의 유해 물질이 재결합할 위험이 있습니다. 또한, 가열 시 재료 내부의 단백질이 수축하면서 수분을 밖으로 빠져나가게 되면 수용성 비타민과 미네랄, 풍미를 만드는 유기산이 수분과 함께 외부로 유출됩니다. 마이아르 반응은 감칠맛과 향을 만들 수 있지만 가열 시간이 길어지면 열에 약한 유효 성분이 파괴될 수 있습니다.따라서 맛과 영양을 동시에 잡는 방법으로 리버스 시어링이 있습니다. 고기나 두꺼운 재료를 100~120°C의 저온 오븐에서 내부까지 천천히 익힌 뒤, 마지막에 뜨거운 팬에서 1분 이내로 표면만 살짝 구워내면, 열 충격이 적어 단백질 수축에 의한 영양소 유출이 최소화되며 풍미도 완벽히 유지됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.전자기파는 고유한 에너지를 가지는 파장으로 우리 일상 생활 전반에서 다양한 용도로 활용되고 있습니다. 이와 관련하여 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.먼저, 라이오파에 활용되는 사례를 말씀드릴게요. 전파에 정보 신호를 실어 보내면 파장이 길어 건물이나 장애물을 잘 돌아나가는 특성을 이용해 데이터 전송에 사용되는 무선 통신과, 단말기에서 발생시킨 전자기파가 카드의 안테나에 닿아 유도 전류를 일으켜 그 전력으로 데이터를 주고는 교통카드 및 스마트폰 결재가 있습니다.둘째로 마이크로파의 활용 사례 입니다. 대기권을 꺾이지 않고 직선으로 통과하는 특성을 활용해 인공위성과 지상 기기 간의 위치 정보를 주고받는 GPS 및 위성 통신이 있고, 마이크로파를 발사한 후 물체에 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 장애물과의 거리, 속도, 먹구름의 위치를 파악하는 자율주행과 기상 레이더가 있습니다.이외에도 가전제퓸의 리모컨이나 열화상 카메라에 활용되는 적외선, 광통신에 활용되는 가시광선이 있으며, 컵 소독기나 정수기에 활용되는 자외선 등이 일상생활에서 전자기파로 많이 활용되고 있습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.촉매의 성능이 시간이 지남에 따라 저하되는 이유는 반응이 진행되면서 반응물과 만나는 활성점이 막히거나 화학적, 구조적으로 파괴되기 때문입니다.가장 흔한 비활성화 원인인 코킹은 탄화수소 반응 과정에서 생겨난 탄소 찌꺼기가 촉매 표면과 미세한 구멍을 막아버리는 현상으로 탄화수소가 존재하는 환경에서 자주 발생합니다. 반면, 소결은 고온 환경에 지속해서 노출될 때 미세한 금속 입자들이 서로 응집하여 덩어리가 되거나 촉매 지지대가 무너져 나타나는 현상으로 입자가 커지면서 반응물이 붙을 수 있는 유효 비표면적이 급격히 줄어듭니다. 이외에도 황이나 염소, 중금속 같은 불순물이 활성점과 강하게 화학 결합하여 반응 자리를 마비시키는 피독 현상 역시 촉매의 수명을 갉아먹는 주요 원인입니다.촉매를 재사용할지, 아니면 새것으로 바꿀지 결정은 활성점의 손상이 복구 가능한 상태인지 여부를 파악하는 것이 중요합니다. 비활성화 원인인 코킹된 촉매는 공기나 수증기를 주입한 상태에서 고온으로 가열하여 탄소 찌꺼기를 이산화탄소로 태워 내면 초기 성능을 대부분 회복합니다. 또한 백금 촉매는 소결이 일어났더라도 특정 화학 기체를 투입해 뭉친 금속 입자를 다시 가늘게 쪼개어 넓게 펼치는 재분산 공정을 통해 재생할 수 있습니다. 하지만 심각한 소결로 인해 결정 구조가 너무 크게 변했거나, 활성점이 영구 피독된 경우에는 구조 복원이 불가능하므로 교체해야 합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.질량보존의 법칙은 18세기 후반 프랑스의 화학자 라부아지에가 정밀한 저울을 이용해 밀폐 용기 안에서 연소 반응 전후의 질량을 직접 측정해 내면서 이론으로 정립되었습니다. 좀 더 자세히 설명해 드리겠습니다.당시 유럽에서는 물질이 탈 때 플로지스톤이라는 입자가 빠져나간다는 플로지스톤설이 지배적이었지만, 라부아지에는 반응 과정에서 빠져나가는 기체나 들어오는 공기의 질량을 놓치기 때문에 질량 변화가 생기는 것처럼 보인다고 의심했습니다. 이에 따라 기체가 밖으로 새어 나가지 못하도록 한 다음 유리가열 기구 안에서 다양한 물질을 연소 실험을 진행하면서, 밀폐 용기 안에서 수은을 장시간 가열하여 붉은색 산화수은을 만들고, 이를 다시 더 높은 온도로 가열하여 수은과 산소 기체로 분해했습니다. 이 과정에서 줄어든 공기의 질량, 새로 결합한 산소의 질량, 생성된 산화물의 질량을 정밀 저울로 일일이 측정해 반응물 전체의 질량 합과 생성물 전체의 질량 합이 오차 범위 내에서 완전히 일치함을 확인했습니다.그리고 라부아지에는 이 실험을 통해 1789년 자연의 모든 변화에서 물질은 만들어지거나 소멸하지 않으며, 단지 상태가 바뀔 뿐이라는 질량보존의 법칙을 공식 발표하게 되었습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.선캄브리아 시대에 등장한 남세균은 물을 분해해 산소를 배출하는 최초의 광합성 생물로 지구 환경을 완전히 바꾼 원핵생물입니다. 남세균 이전의 초기 생물들은 황화수소 등을 분해하여 산소를 만들지 않는 무산소 광합성 생물 이었지만 최초의 광합성 생물인 남세균의 등장 이후로 광합성 생물이 급격히 증가하는 계기가 되었습니다.남세균류의 주요 특장을 살펴보면, 진핵생물과 달리 세포핵이나 엽록체 같은 막으로 둘러싸인 세포기관이 없는 대신 세포막이 안으로 말려 들어간 세포질 내 틸라코이드 막에서 직접 광합성을 수행했으며, 남세균이 분비하는 끈적한 점액질에 진흙이나 모래 입자가 들러붙고, 그 위로 남세균이 다시 자라나는 과정이 반복되면서 겹겹히 쌓인 생체 화석 구조물이 발견되었습니다.또한, 약 24억 년 전, 남세균이 배출한 산소가 바다의 철이온을 산화시켜 호상 적철층을 형성했고, 이후 대기 중으로 흘러들어 오존층을 만들며 훗날 육상 생물이 출현할 수 있는 계기가 되었습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.매운맛을 일으키는 주요 물질이 캡사이신인데, 캡사이신은 물에 녹지 않는 지용성 물질이기 때문에 물을 마시면 캡사이신이 입안 전체로 퍼지기만 하지만, 쿨피스나 우유는 특정 성분이 캡사이신을 혀에서 떼어내고 통증 신호를 진정시키는 효과가 있습니다. 우유와 유제품의 핵심 단백질인 카제인은 일종의 천연 유화제 역할을 하여, 혀의 통증 수용체에 결합해 통증을 일으키는 지용성 캡사이신 분자를 카제인이 둘러싸서 수용체로부터 강제로 떼어냅니다. ​떼어낸 캡사이신을 감싸 안은 채 위장으로 흘려보내기 때문에 매운 자극이 감소하게 됩니다. 또한, 캡사이신은 물에는 전혀 녹지 않고 기름에 잘 녹는 성질을 가지고 있어 ​유제품에 포함된 유지방 성분이 혀 표면에 남아있는 캡사이신을 자연스럽게 녹여내어 삼킬 수 있게 돕습니다.쿨피스처럼 높은 당도를 가진 음료의 설탕 성분은 뇌에 강한 단맛 신호를 보내면, 뇌가 단맛 자극을 처리하는 과정에서 매운맛으로 인한 통증 신호를 늦추는 감각 마스킹 효과가 나타납니다. 또한, ​음료의 차가운 온도는 캡사이신으로 인해 열감을 느끼고 있는 혀 수용체를 식혀주는 효과를 주어 통증을 줄여줍니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.벌에 쏘이거나 개미에 물렸을 때 암모니아수를 바르면 효과가 있는 이유는 산과 염기의 중화반응이 일어나기 때문입니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.꿀벌의 침이나 개미의 분비물에는 개미산을 비롯한 산성 독소가 들어 있어, 피부에 침투하면 통증과 가려움, 부종을 일으킵니다. 여기에 약염기성을 띠는 묽은 암모니아수를 바르면 산성 독소와 중화 반응을 일으켜 상처 부위가 완화 됩니다. 하지만 말벌의 독은 알칼리성을 띠므로 암모니아수를 바르면 효과가 없으며, 묽은 식초나 레몬즙 같은 산성 물질이 중화에 도움 됩니다.독소는 피부 깊은 곳에 주입되는 반면 암모니아수는 피부 표면에 바르는 것이라 완전한 독소 제거보다는 표면 자극 진정에 가깝습니다. 고농도 암모니아수는 오히려 화학적 화상이나 강한 자극을 줄 수 있으므로, 약국에서 파는 안전한 곤충 물림 치료제나 얼음찜질을 병행하는 것이 훨씬 안전하고 효과적입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.항생제 내성은 박테리아가 자신을 공격하는 항생제에 적응해 약물의 효과를 무력화하는 현상을 말합니다.항생제 내성의 주요 원인으로 감기나 독감 같은 바이러스성 질환에 불필요하게 항생제를 처방받아 복용하거나, 증상이 나아졌다고 정해진 복용 기간을 채우지 않고 임의로 중단하면 살아남은 균이 내성이 생깁니다. 또한, 가축이나 양식 생물의 성장 촉진 및 질병 예방 목적으로 사용된 대량의 항생제가 먹이사슬이나 환경을 통해 변이균을 생산해 냅니다. 이외에도 위생 관리가 미흡한 의료 환경에서 내성균을 보유한 환자나 오염된 의료 기구를 통해 균이 쉽게 전파되며, 개발 비용과 시간은 많이 들지만, 신약이 나와도 금방 내성이 발생하고 사용이 제한적이라 제약사들의 신규 항생제 투자와 개발이 정체되어 있습니다.항생제 내성으로 인한 문제점은 대부분의 항생제가 듣지 않는 슈퍼박테리아에 감염되면 치료제가 없어 단순한 상처나 세균성 질환도 생명을 위협하는 치명적인 상태로 악화되며, 장기 이식, 암 화학요법, 제왕절개, 대형 수술 등은 감염을 예방하는 항생제가 필수적이지만 ㅌ내성균이 퍼지면 이런 필수적인 의료 시술 자체가 위험해지거나 불가능해집니다. 또한. 고가의 대안 약제 사용과 장기 입원으로 인해 개인의 의료비 부담이 커지고, 국가 보건 체계 및 사회 전반에 막대한 경제적 손실이 발생합니다.