우리가 스마트폰을 오래 사용하면 배터리가 금방 닳아서 따뜻해지는데 충전하고 쓸 때 왜 열이 발생하는 것일까요
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.스마트폰에 배터리가 뜨거워지는 건 내부 저항 때문입니다. 충전이나 방전을 할 때 리튬 이온이 이동을 합니다. 그때 저항을 만나는데 잃어버리는 전기 에너지가 모두 열로 바뀌어서 그런 것입니다. 전기를 많이 끌었을수록 이 반응도 격해져서 발열이 커지는 겁니다. 그리고 AP 칩셋 발열 엄청 큰 편이죠. 게임이나 영상을 돌리면 내부 트랜지스터가 쉴 새 없이 움직이면서 열을 내뿜습니다. 하지만 요즘 스마트폰은 팬이 없습니다. 그래서 겉면으로 열을 빼고 있으니 손에 전달되는 온도가 더 뜨겁게 느껴지는 겁니다.
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에너지준위/궤도/간격/전자껍질의 정의가 궁금합니다
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다. 최대한 쉽게 설명해 보겠습니다. 전자 껍질은 전자가 노는 원자핵 둘레의 영역입니다. 보어 모형에서는 전자가 궤도를 따라서 원자핵 주변을 돕니다. 이 길들을 모아서 전자 껍질이라 부릅니다. 안쪽부터 K,L,M,N 껍질 순서로 이름이 붙습니다. 그리고 주 양자 수라는 번호로 위치가 결정되죠. 원자핵이 끌어당기는 힘 때문에 각 껍질에 자리가 정해집니다. 그리고 에너지 준위는 전자가 각 껍질에 머물 때 가지고 있는 에너지 수치입니다. 전자는 아무 에너지나 가질 수 없습니다. 딱 정해진 계단식 수치만 가져야 됩니다. 핵에서 멀리 떨어진 껍질로 갈수록 전자의 에너지 준위는 계속 높아지는 거죠. 그리고 에너지 간격은 이 껍질들 사이에 생기는 에너지 차이입니다. 핵에서 멀어지는 바깥쪽 껍질로 갈수록 껍질 사이 간격이 좁아지는 게 포인트인 거죠.
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전자껍질 사이 에너지 차이가 같을때와 다를때
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.일단 말씀하신 대로 내용을 이해하신게 맞습니다. 전자가 높은 껍질에서 낮은 껍질로 떨어질 때 두 껍질의 에너지 차이만큼 빛을 뿜어냅니다. 이때 나오는 빛의 에너지는 파장과 연결되어 있죠. 그래서 에너지 차이가 완전히 똑같은 껍질 사이를 이동하면 당연히 파장도 똑같은 빛이 나옵니다. 같은 파장의 빛은 스펙트럼에서 정확히 같은 위치에 선 하나로 찍히게 됩니다. 반대로 에너지 차이가 다른 껍질 사이로 움직이면 빛이 가진 에너지 크기도 다릅니다. 에너지가 다르면 빛의 파장도 변하게 되죠. 결과적으로 스펙트럼에 서로 다른 위치에 각자 다른 선으로 나타내게 됩니다. 이 원리로 우리는 선 스펙트럼을 보고 원소의 종류를 구별할 수 있는 겁니다.
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비행기 모드를 설정하면 정말 배터리가 더 오래가나요?
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.비행기 모드를 켜시면 배터리가 확실히 오래 가긴 합니다. 스마트폰에서 제일 전기를 많이 쓰는 게 통신신호를 잡는 칩셋입니다. 비행기 모드는 LTE와 WiFi 신호를 모두 다 차단해 주죠. 특히 신호가 잘 안 터지는 곳에서는 휴대폰이 신호를 찾으려고 전력은 많이 소비합니다. 그때 출력을 최대로 올리느라 배터리가 빨리 달죠. 이럴 때 비행기 모드를 틀어주면 쓸데없는 전력 낭비를 막을 수가 있습니다. 그리고 충전할 때 비행기 모드를 켜도 속도가 확실히 빨라집니다. 휴대폰이 기지국이랑 계속 통신을 하느라 백그라운드 앱을 돌리는 데, 대기 전력을 끊어주는 원리이죠. 충전기에서 들어오는 전기가 온전히 배터리를 채우는 데만 쓰이게 되니까 더 전력을 아낄 수가 있습니다. 또 화면을 끈 상태에서 비행기 모드를 켜고 충전하면 일반 상태보다 10% 정도 더 빨리 차오르니까 참고되시면 좋겠습니다.
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전동기 회전 운동이 발생하는 원리는?
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.전동기가 돌 수 있는 가장 기본적인 원리는 플래밍의 왼손 법칙이랑 자기장의 힘 때문이죠. 전동기 내부에는 고정된 자석이나 코일이 만든 자기장이 존재합니다. 그 자기장 가운데에 있는 회전자 코일에 전기를 보내면 전류랑 자기장이 만나면서, 코일을 밀어내는 힘이 생겨납니다. 이때 코일 양쪽에 작용하는 힘이 서로 반대로 작용하도록 설계가 되어 있습니다. 한쪽은 위로 밀리고 다른 쪽은 아래로 끌려 내려갑니다. 그러면서 강력한 회전력이 발생하는 거죠. 회전자가 반바퀴 돌았을 때 정류자나 인버터가 전류 방향을 계속 바꿔줍니다. 그렇게 멈추지 않고 한 방향으로 계속 돌아가게 되는 겁니다.
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트랜지스터가 전자회로의 핵심 소자로 사용되는 이유는?
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.트랜지스터라고 하는 품목은 일단 작은 신호로 큰 전류를 제어하는 특성을 가지고 있습니다. 반도체 물질의 특성을 이용해서, 전류의 흐름을 정밀하게 조절하죠. 전자회로에서는 주로 스위치 역할과 증폭역할 두가지로 쓰입니다. 그래서 아주 미세한 전류만 흘려주어도, 거대한 전류를 껏다가 켰다가 할수 있는 거죠. 결국 작은 트랜지스터 덕분에 기계적인 스위치 없이 고속동작이 가능해진거고, 더욱이 미세한 소리신호를 크게 키워주는 증폭기능도 있기에 더욱 폭 넓은 산업 환경에서 사용할 수 있는겁니다. 대표적으로 컴퓨터의 CPU나 수 많은 집적회로도 결국에는 이 스위치들을 수억개씩 넣어서 만든거죠. 지금은 기술적인 발전이 더해져서, 작고 반응속도가 빠르고, 전력소비도 엄청나게 줄여줘서 현대 전자기기의 핵심 소자로 사용되고 있는 겁니다.
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가전제품 표면에 붙어 있는 에너지 소비 효율 등급 라벨을 확인하면, 해당 제품의 연간 예상 소비 전력량과 이에 따른 예상 전기 요금을 거의 정확하게 확인이 가능한가요??
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.일단 결론부터 말씀드리면 완전히 정확한 수치는 아닙니다. 그래서 대략적인 참고용으로만 보셔야되죠. 라벨에 적힌 수치는 정부가 정한 표준시험환경에서 측정한 결과기 때문입니다. 표준조건은 실생활 사용 환경이랑 차이가 꽤 큰편이죠. 그래서 에어컨이나 냉장고 같은 가전은 집안 온도나 문을 열고 닫는 횟수에 따라서 전기를 훨씬 많이 쓰게 됩니다. 그리고 라벨의 전기요금은 누진세를 뺀 기본단가로 계산된 경우가 많기도 하구요. 그래서 실제 집에서 청구되는 전기요금은 다른 가전제품과의 합산 사용량에 따라서 누진구간이 달라질겁니다. 또, 라벨에 찍힌 금액보다 실제로는 요금이 더 많이 나온느 편이구요. 그래서 드리고 싶은 말씀은 제품끼리 전기를 얼마나 더 먹고 덜 먹는지 정도로 비교하는 수치로 활용하시는게 좋을 것 같습니다.
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스마트폰 카메라의 Optical Image Stabilization 기술이 사진을 선명하게 해주나요??
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.OIS의 핵심은 자이로 센서랑 미세모터의 정밀한 위치보정에 있습니다. 손이 흔들리면 자이로센서가 초당 수천번씩 각도와 움직임을 감지하죠. 센서가 감지한 값을 바탕으로 제어칩이 반대 방향 이동량을 계산부터 합니다. 그리고 이 계산값에 따라서 보이스코일 모터가 렌즈나 이미지 센서를 반대로 움직이죠. 빛이 들어오는 통로를 물리적으로 고정해주는 원리인겁니다. 그래서 셔터가 열려있는 동안에는 빛이 한곳에 계속 맺히게 만들수 있죠. 최근에는 렌즈대신에 센서를 직접 움직이는 센서 시프트방식도 많이 쓰이고 있습니다. 그래서 이 기술 덕분에 야간이나 이동을할 때 잔상없이 깨끗한 사진을 얻을 수 있는 겁니다.
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음향 장비는 소리를 어떻게 전기 신호로 바꾸나요?
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.음향 장비에서 소리를 전기로 바꾸는 원리는 진동판의 움직임에 있습니다. 사람이 말을 하거나 악기를 연동할때 생기는 공기의 진동이 마이크 내부의 얇은 진동판을 떨리게 만들어 출발합니다. 이 떨림은 물리적인 에너지에서 전기적인 신호로 바뀌게 되죠. 가장 흔한 다이나믹 마이크는 전자기 유도 현상을 이용합니다. 그래서 진동판 뒤에 붙은 코일이 자석 주변에서 흔들리고, 전기가 발생하게 됩니다. 반면에 콘덴서 마이크는 진동판과 고정판 사이의 간격이 바뀌게 되고, 정전용량이 변하는 원리를 씁니다. 그래서 결국에는 소리의 파형과 똑같은 모향의 미세한 전류변화를 만들어내는것이 핵심인것이죠.
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양자역학의 주요 특징인 양자 얽힘 현상
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.양자얽힘은 멀리 떨어진 두개의 입자가 하나처럼 연결되서 상태를 공유하는 현상입니다. 양자 암호통신에서는 얽힌 입자 한쌍을 송신자와 수신자가 나눠서 가집니다. 한쪽 입자를 측정한느 순간에 반대쪽 입자의 상태도 바로 정해주죠. 이 성질을 활용하면 절대 풀수없는 암호키를 주고 받는 메커니즘이 되는겁니다. 기존에 대칭키 방식은 복잡한 수학 문제에 의존했습니다. 그래서 미래의 슈퍼컴퓨터로 충분히 뚫릴수 있는 위험이 있었죠. 하지만 양자얽힘은 자연의 물리법칙을 자체로 이용하는겁니다. 그래서 보안성이 차원이 다르다고 이해할수 있을것 같아요. 그리고 중간에 누가 몰래 도청하려고 입자를 건드리면, 순간적으로 바로 얽힘이 깨져버립니다. 그러니 데이터가 즉시 파괴되고 도청시도를 실시간으로 알아차리니깐 완벽하게 막아낼수 있는 겁니다. 내용을 최대한 쉽게 표현하려 해봤는데, 짧게 정리하면 기존의 보안체계는 수학적인 접근으로 충분히 미래 기술로 풀수 있지만, 양자얽힘은 미래의 슈퍼컴퓨터 기술로도 풀수 없을 정도의 보안력을 가지고 있다 정도로 이해해 주셔도 좋을 것 같습니다.
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