답변 내역

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.해수 담수화의 핵심인 역삼투압 공정은 일반적인 삼투 현상을 반대로 하여 고압 펌프로 해수에 강한 압력을 가해 순수한 물 분자만 미세한 반투막을 통과시키는 원리입니다. 물 투과성 반투막을 사이에 두고 저농도의 담수와 고농도의 해수가 만나면 농도 균형을 맞추기 위해 담수 쪽의 물 분자가 해수 쪽으로 자연스럽게 이동합니다. 물이 해수 쪽으로 이동하면 두 수면 사이에 높이 차이가 생기는데, 이 높이 차이에 의해 발생하는 압력을 삼투압이라고 합니다. 해수 담수화 설비는 고압 펌프를 작동시켜 해수 쪽에 자연 삼투압보다 훨씬 강한 압력을 인위적으로 가하면 물의 이동 방향이 뒤바뀌어 해수 속의 물 분자만 강제로 반투막을 통과하여 담수 쪽으로 빠져나가게 되어 순수한 물을 얻을 수 있습니다. 결국 해수 담수화 설비는 강한 물리적 압력으로 바닷물을 쥐어짜듯 밀어붙여, 초미세 반투막으로 소금 입자와 미생물을 걸러내고 순수한 물만 밖으로 추출해 내는 방식으로 작동합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.미래 사회에서 인간의 희소성은 무언가를 만들어내는 것보다 의미를 부여하는 선택이나 결과에 대한 책임감, 그리고 진정성이 중요하다고 봅니다. 인공지능이 주어진 데이터에서 최적의 대안을 제시하지만, 가치관이 상충되는 상황에서는 가치 판단을 할 수 없기에 인간만의 고유의 영역입니다.또한, 알고리즘이 아무리 뛰어난 제안을 하더라도 그 결과에 대한 비난과 손실을 감당하는 것은 인간이기에 대체 할 수가 없다고 보여집니다. 결국 미래 사회에서 인간은 직접 일을 수행하는 수행자에서, 인공지능의 능력을 평가하고 방향을 정하는 총괄자 및 윤리적을 판단할 수 있는 영역으로 위치가 변합니다. 기술이 흔해질수록 그 기술을 다루는 인간의 의도와 인품이 가장 귀한 가치가 되는 셈입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.핵발전소는 우라늄 원자핵이 중성자와 충돌해 쪼개지는 핵분열 연쇄 반응에서 발생하는 질량 결손 에너지를 열로 바꾸어 전기를 생산합니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.원자로 내부의 우라늄-235 원자핵에 느린 속도의 중성자가 충돌하면, 우라늄이 중성자를 흡수하여 불안정한 상태에서 바륨과 크립톤으로 핵분열 하여 가벼운 원자핵으로 쪼개집니다. 핵분열 후 반응 전보다 반응 후의 질량이 줄어드는 질량 결손이 발생하여 질량-에너지 등가 원리에 따라 줄어든 질량만큼 막대한 양의 열에너지로 변환됩니다. 우라늄 원자핵 1개가 쪼개질 때 보통 2~3개의 고속 중성자가 밖으로 튕겨 나오기 때문에 감속재로 속도를 늦추면 이 중성자들이 주위의 다른 우라늄-235 원자핵들과 다시 충돌하는 연쇄 반응이 일어납니다.폭발적인 연쇄 반응을 막기 위해 중성자를 잘 흡수하는 붕소나 카드뮴 재질의 제어봉을 원자로 안에 넣거나 빼면서, 핵분열을 일으킬 중성자 수를 조절하여 일정량의 열만 지속해서 내도록 유지합니다. 이렇게 만들어진 열로 물을 끓여 거대한 양의 고압 수증기를 만들어내고, 이 수증기의 힘으로 터빈 날개를 회전시키고 터빈 회전축에 연결된 발전기 내부 자석이 고속으로 돌면서 전자기 유도 현상을 발생시켜 대규모 전기 에너지를 생산합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.풍력 발전기는 바람의 운동 에너지를 날개의 회전 운동 에너지로 전환한 뒤, 발전기 내부의 전자기 유도 현상을 이용하여 전기 에너지로 변환하는 장치입니다.풍력 발전기의 블레이드라고 하는 회전 날개의 단면은 비행기 날개처럼 위쪽은 완만하게 볼록하고 아래쪽은 평평한 유선형 구조를 띠어, 바람이 불 때 날개 위쪽을 지나는 공기 속도가 빨라지고 기압이 낮아지는 반면 아래쪽은 공기 속도가 느려 기압이 높아집니다. 이 기압 차이로 인해 날개를 아래에서 위로 밀어 올리는 양력이 발생하며 수평 방향의 회전 토크로 변환되면서 거대한 날개 전체를 지속적으로 돌려줍니다.발전기 내부에는 고정된 구리 코일과 회전축에 연결되어 있으며 함께 도는 강력한 영구자석이 있어 자석이 고속으로 회전하면 코일을 통과하는 자기선속이 시간에 따라 끊임없이 변화합니다. 패러데이의 전자기 유도 법칙에 의해 코일에 유도 기전력이 생기며 전하가 이동하는 전류가 만들어집니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.심해 열수구는 햇빛이 전혀 들지 않기 때문에 빛을 이용한 광합성을 대신하여 황화수소를 산화시켜 화학 에너지를 얻는 화학합성 세균이 서식하고 있습니다. 그 원리에 대해 설명해 드릴게요.마그마로 인해 뜨거워진 바닷물은 심해 열수구를 통해 분출될 때, 강한 독성을 띤 황화수소 기체가 대량으로 뿜어져 나옵니다. 일반 생물에게는 치명적이지만, 화학합성 세균에게는 에너지원으로 사용됩니다. 화학합성 세균은 바닷물 속에 녹아 있는 산소와 열수구의 황화수소를 반응시켜 황이나 황산염으로 산화시키는데, 이 과정에서 나오는 화학 에너지를 이용하여 이산화탄소를 영양분인 유기물로 변환합니다.대표적으로 관벌레나 심해 조개류는 체내 조직에 화학합성 세균을 서식시키고, 세균이 황화수소를 분해해 만들어낸 유기물을 직접 공급받아 소화기관이 없어도 생존 가능합니다. 이 세균들이 뭉쳐 만든 미생물 막을 심해 게, 새우, 갯지렁이 등이 갉아먹고, 이를 다시 상위 포식자가 섭식하면서 태양 에너에 전혀 의존하지 않는 거대한 독립 생태계가 유지됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.탄소 나노 튜브가 강철보다 훨씬 가벼우면서도 수십 배 이상 단단한 이유는 탄소 원자 간의 강력한 공유 결합과 이를 바탕으로 형성된 원통형 벌집 구조에 있습니다. 탄소 나노튜브 내부의 탄소 원자들은 sp2 혼성 궤도를 형성하며 인접한 다른 3개의 탄소 원자와 전자를 공유하는 공유결합을 합니다. 이 공유 결합은 결합 길이가 매우 짧고 강해서, 다이아몬드의 입체 결합보다 단일 평면상에서의 결합 에너지가 더 높아 결합을 끊어내려면 엄청난 에너지가 필요합니다. 또한, 탄소 원자들이 육각형 그물망 구조를 형성하여 둥글게 말린 형태를 띠기 때문에 외부에서 강한 힘을 가하더라도 정육각형 구조가 탄력적으로 변형되며 충격을 원통 전체로 균일하게 분산시키기 때문에 구조적으로 이음새가 없는 완성된 튜브 형태여서 힘이 한 곳에 집중되어 파괴될 위험이 매우 적습니다. 그리고 탄소 자체도 가벼운데다 튜브 내부가 비어 있는 빨대 모양의 구조를 하고 있어, 밀도는 강철보다 매우 가볍지만 잡아당기는 힘에 견디는 인장 강도는 강철보다 최대 100배 이상 높습니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.파상풍균은 공기 중 산소에 노출되면 살 수 없는 혐기성 세균으로 산소가 있는 일반 환경에서는 단단한 껍질로 둘려 쌓여 있으며 휴면 상태인 포자를 형성하여 흙, 먼지, 동물 분변 등에서 수년 이상 죽지 않고 있습니다. 흙이나 녹슨 못 등에 의해 깊은 상처가 나고 조직이 손상되면, 상처 안쪽은 혈액 순환이 차단되어 산소 농도가 급격히 떨어지게 되어 산소가 없는 저산소 환경이 형성되면 휴면 중이던 포자가 깨어나 세균으로 활성화되고 폭발적으로 증식합니다.증식한 파상풍균은 독성이 강력한 신경 독소를 생성하여 혈관과 말초 신경계로 방출하게 되고, 분비된 신경 독은 척수 및 중추신경계에 도달하여 글리신 같은 신경전달물질 통로를 파괴하여 턱 근육이 마비되는 개구장애를 시작으로 침형 경련, 척추가 뒤로 꺾이는 기형적 경련, 심할 경우 호흡 근육 마비로 인한 사망에 이르게 됩니다.결국 흙 속의 파상풍균 포자가 상처 내부의 산소 부족 환경이라는 조건과 만나 증식하고, 이 과정에서 분비된 독소가 근육의 이완 스위치를 고장 내는 것이 파상풍 발병의 핵심 원리입니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.모기가 피를 빨아 먹을 때 피가 굳지 않는 것은 침 속에 항응고 물질이 지혈 반응을 차단하기 때문이며, 언급하신 히루딘은 사실 모기가 아닌 거머리의 대표적인 항응고 성분입니다. 다만 두 성분 모두 피를 굳지 않게 만드는 핵심 작용 원리는 매우 유사합니다.상처가 나면 인체는 혈소판이 작용하기 위해 신호 물질을 분비하게 되는데, 모기 침 속 아피라아제 효소가 이 신호 물질을 빠르게 분해하여 혈소판이 뭉치는 것을 차단합니다. 모기의 아노펠린 성분은 혈액 응고 작용에 관여하는 트롬빈 효소에 직접 결합해 활성을 막아 피가 굳지 않고 액체 상태를 유지하게 만듭니다. 히루딘 역시 작은 작용 원리입니다.모기 타액에는 혈관을 넓혀 피가 주사기처럼 잘 빨려 나오게 돕는 성분도 함께 들어있어 피를 빠는 동안 이 타액 단백질이 체내로 침투하면, 인체 면역계가 이를 이물질로 인식해 히스타민을 분비하면서 부종과 가려움증이 발생합니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.인류의 획기적인 발명의약품인 페니실린이 사람 세포에 손상을 주지 않고 세균만 선택적으로 사멸시키는 비결은 인체 세포에는 없고 세균에게만 존재하는 세포벽을 공격하기 때문입니다. 세균 세포는 내부 삼투압이 매우 높아 터지는 것을 막기 위해, 세포막 외부에 단단한 그리드 구조의 세포벽을 쌓아 몸을 보호합니다.세균이 증식하고 분열할 때 세포벽 사슬을 촘촘하게 묶어주는 교차 결합 효소가 작동하는데, 페니실린이 이 효소에 강제로 결합해 활성을 마비시킵니다. 효소가 마비되면 세균은 새로운 세포벽을 제대로 만들지 못하고, 엉성하고 얇은 세포벽만 남게 되며 세균 내부의 높은 삼투압으로 인해 주변의 물이 세균 안으로 들어가게 되어 견디지 못한 세균은 풍선처럼 부풀어 오르다가 세포벽이 찢어지며 터져 죽게 됩니다.

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.치약에 들어가는 불소는 자연 광물인 형석을 원료로 화학 가공을 거쳐 만들어지며, 1950~60년대를 거치며 전 세계인의 생필품으로 자리 잡았습니다. 최초의 발견자는 1771년 스웨덴의 화학자 칼 셸레가 광물인 형석에서 불산을 추출하며 불소 화합물의 존재를 처음 발견하였고 1886년 프랑스의 화학자 앙리 무아상이 전기분해 실험으로 독성이 강한 불소 기체를 최초로 순수하게 분리해 냈습니다.치약에 사용되는 불소는 기체 상태의 불소가 아닌, 불화 수소와 수산화나트륨 등과 화학 반응시켜 불화나트륨이나 일불소인산나트륨 같은 분말 형태의 치약용 불소 성분을 안전하게 사용합니다.모두가 사용할 수 있게 된 시기는 1940년대에 수돗물에 불소를 넣는 실험을 통해 불소가 치아 에나멜을 강화하고 충치를 획기적으로 줄여준다는 사실을 알게 되었으며 1955년에 안정적으로 불소가 함유한 세계 최초의 불소 치약을 사용하게 되었습니다.