답변 내역

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.고어텍스가 빗물을 막아주고 땀을 배출할 수 있는 원리는 원단 내부 미세 구멍의 크기가 빗방울보다 훨씬 작고, 수증기 분자보다는 훨씬 크게 설계되어 있기 때문입니다.고어텍스 멤브레인은 수 많은 미세 구멍이 뚫려 있는데, 물 분자들이 표면장력으로 뭉쳐 있는 최소 빗방울은 고어텍스 구멍보다 약 2만배 이상 크기 때문에 외부의 빗물은 원단을 절대 통과하지 못하고 튕겨 나갑니다. 반대로, 몸에서 배출된 땀이 기화된 수증기 분자는 미세 구멍보다 약 7백배 이상 작기 때문에 기체 상태의 땀은 미세 구멍을 자유롭게 통과하여 밖으로 빠져나갑니다. 또한, 옷 안쪽은 체온과 땀으로 인해 고온 다습한 상태가 되고, 외부 공기는 상대적으로 저온 건조하기 때문에 기체는 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하려는 성질이 있으므로, 옷 내부의 수증기 분자들이 외부로 자연스럽게 밀려 나가면서 쾌적함을 유지해 줍니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.효소는 반응물을 자신의 활성 부위에 결합시켜 반응에 필요한 최소한의 에너지인 활성화 에너지를 낮춥으로서 기질이 생성물로 변하는 가장 불안정한 중간 단계인 전이 상태를 안정화시키는 것이 핵심 원리입니다.수용액 속에서 기질 분자들이 무작위로 충돌해 반응을 일으킬 확률은 매우 낮지만, 효소는 활성 부위에 기질을 완벽하게결합하면서 분자 간 반응 충돌 빈도를 극대화합니다. 효소에 기질이 결합하면 활성 부위의 구조가 미세하게 변하는 현상이 일어나는데, 이때 효소가 기질의 특정 결합을 물리적으로 변하게 하여 결합이 쉽게 끊어지는 전이 상태를 만듭니다. 효소의 활성 부위는 원래 기질보다 전이 상태의 기질 구조에 훨씬 더 강력하게 결합하도록 설계되어 있어, 기질이 활성 부위에 들어오는 순간 자연스럽게 에너지 장벽이 낮은 전이 상태로 변환되어 빠른 화학 반응이 진행하게 되는 것입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.수소 연료전지 자동차는 고압 탱크 속 수소와 외부 공기 중의 산소를 반응시켜 발생하는 화학 에너지를 전기에너지로 변환하여 모터를 구동시키는 원리로 작동합니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.수소 탱크에서 공급된 수소 기체가 연료전지 내부의 음극(-)으로 들어가면, 백금 촉매에 의해 수소 분자가 산화되어 수소 이온과 전자로 분리됩니다. 분리된 수소 이온은 중앙의 전해질막을 통해 양극(+)으로 이동하고 전해질막을 통과하지 못하는 전자는 외부 도선을 따라 이동하게 되는데, 이 전자의 흐름이 곧 전기에너지가 되어 전기 모터를 돌리고 바퀴를 움직이게 합니다. 반면, 공기 흡입구를 통해 흡입된 외부 공기 속 산소가 양극인 공기전극으로 들어오면, 외부 도선을 타고 돌아온 전자, 전해질막을 통과해 온 수소 이온, 그리고 산소가 만나 결합하면서 환원 반응이 일어납니다.수소 연료전지는 연소 과정이 없어 매연, 탄소, 유해 가스가 전혀 배출되지 않습니다. 수소와 산소가 반응하여 전기를 만들어내고 남은 유일한 부산물인 순수한 물은 수증기나 물방울 형태로 배기구를 통해 밖으로 안전하게 배출됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.열기구가 하늘로 떠오를 수 있는 이유는 내부 공기를 가열해 밀도를 낮춤으로써 주변의 차가운 공기가 밀어 올리는 부력을 발생시키기 때문입니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.먼저, 열기구 안의 공기를 데우면, 공기 분자들이 열에너지를 얻어 매우 활발하게 움직이며, 온도가 올라갈수록 기체의 부피가 늘어나기 때문에 풍선 내부의 공기가 팽창합니다. 공기가 팽창하면서 풍선이라는 고정된 공간 안에 남아 있는 공기 분자의 개수가 줄어들기 때문에 공기의 밀도가 주변 외부 공기보다 훨씬 낮아져 가벼운 상태가 됩니다. 상대적으로 밀도가 높고 무거운 주변의 차가운 공기는 아래로 깔리면서 밀도가 낮고 가벼운 열기구를 위로 밀어 올리면서 열기구가 하늘로 떠오릅니다. 반대로 내부 공기가 식으면 밀도가 다시 높아져 중력이 더 커지므로 아래로 내려오게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.헬륨 가스를 마셨을 때 목소리가 가늘어지는 핵심은 성대의 진동수가 달라지는 것이 아니라, 목구멍이라는 울림통 속에서 공명 주파수가 높아지기 때문입니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.헬륨 기체 속에서 소리의 속도가 증가하는 이유로 소리는 기체 분자량이 가벼울수록 전달 속도가 빨라지기 때문에 매우 가벼운 헬륨 기체의 분자량이 공기의 분자량보다 작기 때문에 소리의 속도는 헬륨 기체가 공기보다 약 2.8배 빠릅니다. 헬륨 기체를 마신다고 해서 목소리의 높낮이를 결정하는 성대의 진동수가 변하지 않습니다. 성대는 근육의 긴장도와 날숨의 힘에 의해 떨리기 때문에, 공기를 마실 때나 헬륨을 마실 때나 진동수는 똑같습니다. 하지만 목구멍의 공명 주파수는 헬륨이 공기보다 소리의 속도가 3배 빠르기 때문에 공명 주파수도 약 3배 높아집니다. 공명 주파수가 높아지면 성대에서 나온 원래 목소리 성분 중 고음역대의 주파수만 선택적으로 강력하게 울리게 되기 때문에 기본 음높이는 원래 목소리와 같지만, 울림통을 거치며 높은 고주파수 성분만 과도하게 증폭되기 때문에 얇고 가벼운 아기 목소리나 얇은 피리 소리처럼 들리게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.기체에 열을 가하면 분자들의 운동 에너지가 증가하여 더 넓은 공간으로 밀어내기 때문에 부피가 비약적으로 커집니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.온도 상승 시 부피가 커지는 원리는 온도가 올라가면 기체 분자들의 이동 속도가 빨라지게 되고 속도가 빨라진 분자들은 용기 벽면에 충돌 횟수가 증가하며, 그리고 훨씬 강한 힘으로 충돌하게 됩니다. 이렇게 외부 압력이 일정한 상태에서 내부에서 밀어내는 힘이 커지므로, 기체는 외부 압력과 평형을 이룰 때까지 팽창하여 분자 사이의 평균 거리가 증가하게 됩니다. 이를 샤를의 법칙이라고 합니다.온도 외에 기체 부피에 영향을 주는 요인으로 압력과 기체의 양 및 몰수가 있습니다. 외부에서 누르는 압력이 강해지면 기체 분자들이 갇히는 공간이 줄어들어 부피가 작아집니다. 반대로 외부 압력이 낮아지면 기체는 팽창합니다. 또한, 온도와 압력이 일정할 때, 기체 입자 수가 많아질수록 차지하는 공간이 늘어나게 되어 기체의 종류와 상관없이 동일한 개수의 분자는 동일한 부피를 가집니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.지존 구리선 대신 초전도 케이블을 사용하면 전선 자체의 전기저항에 의한 전력 손실을 사실상 0에 가깝게 없앨 수 있으며, 액체질소 냉각 장치 운용 전력을 고려하더라도 전체 손실을 기존 구리 케이블 대비 약 90% 이상 절감할 수 있습니다. 구리선은 전류가 흐를 때 전기 저항에 의한 열에너지 발생으로 대량의 전력이 공기 중으로 손실됩니다. 반면 초전도체는 임계온도 이하에서 전기저항이 완전 0이 되므로 도선 자체의 손실 전력이 발생하지 않습니다. 단, 초전도 상태 유지를 위해 액체질소 냉각용 펌프와 칠러가 전력을 소모하지만, 이 냉각 비용을 전부 합산해도 기존 구리선의 열 손실량보다 훨씬 적습니다.구리선의 전력 손실을 줄이려고 변전소에서 전압을 수십만 볼트까지 올려 송전해야 하지만, 초전도 케이블은 저전압 상태에서도 대류 전류를 흘릴 수 있어 변환 과정의 변압 손실과 고압 변전소 설치 비용까지 함께 절감할 수 있습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.18족 원소인 비활성 기체가 반응성이 거의 없는 이유는 가장 바깥쪽 전자 껍질에 전자가 완전히 채워져 화학적으로 매우 안정된 상태를 이루고 있기 때문입니다.원자들은 가장 바깥 껍질의 전자를 모두 채워 안정해지려는 성질인 옥텟 규칙을 만족하려는 경향이 있습니다. 따라서 다른 원자들이 화학 결합을 하는 이유는 전자를 얻거나, 잃거나, 공유하여 옥텟 규칙을 만족하기 위해서입니다. 18족 원소는 전자 배치가 완벽하기 때문에 전자를 하나 떼어내는 데 엄청난 에너지가 필요합니다. 주기율표의 모든 원소 중 이온화 에너지가 가장 높아 다른 원자에게 전자를 빼앗기지 않습니다.또한, 전자 껍질이 이미 꽉 차 있어 외부에서 새로운 전자를 끌어당겨 받아들일 공간이 없습니다. 즉, 전자를 얻으려는 경향성인 전자친화도가 0에 가깝습니다. 따라서 18족 원소들은 다른 원자와 결합하여 안정해질 필요가 없기 때문에, 두 개 이상의 원자가 결합한 일반 기체와 달리 원자 1개 그 자체로 완벽한 기체 분자되는 단원자 분자 상태로 존재합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.네오디뮴 자석은 희토류 원소인 네오디뮴과 철, 붕소를 혼합하여 만든 가장 강력한 영구자석입니다. 적은 양으로도 압도적인 자력을 발휘해 현대 첨단 산업의 핵심 소재로 활용되고 있습니다.네오디뮴 자석은 일반 검은색 자석에 비해 자력의 세기가 5~10배 이상 강하고 ​자기장의 밀도가 매우 높아 손톱만 한 크기라도 수 킬로그램의 무게를 붙잡을 수 있을 만큼 강한 인력을 가집니다. 반면, 강력한 자력에 비해 열에는 약해 약 80°C 이상의 환경에 노출되면 자력이 점차 약해지며, 큐리 온도에 도달하면 자성을 완전히 잃어버립니다. 또한, 성분 중 철의 비중이 높아 공기 중의 산소나 수분에 노출되면 쉽게 부식되기 때문에 시중에 판매되는 모든 네오디뮴 자석은 표면에 니켈, 아연, 에폭시 등으로 코팅 처리가 되어 있습니다.네오디뮴 자석은 부피 대비 자력이 월등히 뛰어나 부품의 소형화가 가능합니다. 무선 이어폰 스피커 드라이버, 스마트폰 진동 모터, 컴퓨터 하드디스크(HDD), 전기자동차 구동 모터 등 첨단 정보기술(IT) 및 모빌리티 기기에 필수적으로 탑재됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.콩의 대부부의 성분은 단백질이며, 이 단백질은 글리시닌과 베티 콩글리시닌으로 구성되어 있습니다. 고기 단백질처럼 인체에서 스스로 합성하지 못하는 필수 아미노산을 모두 갖춘 유일한 식물성 단백질 분자 구조를 가지고 있습니다. 또한, 레시틴은 친수성 머리와 친유성 꼬리를 동시에 가진 인지질 분자로 혈관 내부의 기름때를 녹여 내어 배출을 돕고 세포막의 항상성을 유지하는 작용을 합니다. 다량의 리놀레산 및 오메가-3 같은 ​불포화지방산이 함유되어 있어 육류의 포화지방과 달리 혈중 LDL 콜레스테롤 수치를 낮춰줍니다.제니스테인과 다이드제인 성분은 인간의 여성호르몬과 화학적 페놀 고리 구조가 매우 유사한 덕분에 체내 에스트로겐 수용체에 결합하여 호르몬 불균형을 조절하고, 세포를 공격하는 활성산소를 제거하는 강력한 항산화 작용을 합니다.이외에도 라피노스와 스타키오스라는 난소화성 당류가 들어있어 위나 소화효소로는 분해되지 않고 대장까지 이동해 유익균의 먹이가 됩니다. 미생물 발효 과정에서 가스가 발생해 속이 부글거리는 원인이 되기도 합니다.즉, 콩이 고기를 대체할 정도로 건강한 이유는 단순히 단백질 양이 많아서가 아니라, 필수 아미노산부터 세포막을 구성하는 인지질, 항산화 분자까지 화학적으로 완벽한 영양 밸런스를 갖추고 있기 때문입니다.