전자기기 내부 히트싱크는 어떤 원리로 열을 효과적으로 방출하나요?
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.히트싱크는 전도와 대류로 열의 밖으로 퍼뜨리죠. 그리고 열 전달이 빠른 알루미늄이나 구리를 씁니다. 부품 표면에 뜨거운 열을 금속 몸통이 썩 흡수하는 구조입니다. 그 열이 얇은 핀 여러 개로 전달이 되고 핀 덕분에 공기와 닿는 면적이 크게 늘어나는 거죠. 지나가는 공기가 이 열이 싣고 바깥으로 날려 보내는 구조이고, 좁은 열을 넓게 넓혀서 시키는 원리입니다. 현장에서는 칩과 히트싱크 사이에 밀착 상태부터 확인합니다. 둘 사이에 눈에 보이지 않는 미세한 틈이 생길 수가 있는데, 이 틈에 들어간 공기가 열을 막아 버리죠. 그래서 서머 구리스나 서머 패드를 꼭 발라줘야 합니다. 공기 구멍을 메워야 열이 막힘없이 넘어갈 수 있기 때문이죠. 핀 사이에 먼지가 쌓여도 공기가 못 통하니까 열이 갇히게 됩니다. 그러니 주기적으로 먼지를 털어서 깨끗이 해주면 되겠습니다.
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트랜지스터는 어떻게 작은 신호를 큰 신호로 증폭시킬 수 있나요?
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.트랜지스터는 작은 전류로 큰 전원 전류를 조절하는 밸브 역할을 합니다. 에너지를 새로 만드는 게 아닌 거죠. 베이스라는 문에 작은 전류를 흘려주면 컬렉터에서 에미터로 흐르는 큰 전기의 밸브가 열립니다. 베이스 전류가 살짝만 변해도 큰 전류가 따라서 크게 출렁이죠. 전원 장치가 공급하는 큰 전기를 입력 신호 모양대로 주물러 주는 원리인 겁니다. 핵심은 외부 직류 전원의 에너지를 신호로 바꿔 주는 겁니다. 수도꼭지를 살짝 돌리면 물이 폭포수처럼 터지는 것과 같다고 생각을 해 주시면 좋겠네요. 작은 손힘이 베이스 신호입니다. 그리고 쏟아지는 수압이 직류 전원이라고 생각하시면 되고, 조절되서 나오는 물줄기가 증복된 출력의 신호인 거죠. 입력 신호의 모양은 그대로 유지하면서 덩치만 크게 키워 줍니다. 그래서 오디오 앰프나 센서 회로의 핵심 부품으로 쓰이죠.
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선풍기 틀면 소음이 나서요 선풍기는 매년 한번씩 청소를 하는데요 청소후 소음이 너무 심해서요
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.청소 후에 소음은 날개가 미세하게 틀어졌거나 유격이 생겼을 확률이 제일 높아 보이네요. 6년 넘게 쓰셨으면 플라스틱 날개가 삭아서 약해졌을 겁니다. 청소할 때 힘을 받으면 살짝 휘죠. 보통 축을 꽂을 때 끝까지 안 들어가도 덜덜 걸리기도 합니다. 고정 캡을 어설프게 조여도 덜컹거릴 수가 있고, 내부 모터에 베어링에 기름이 말라붙었을 가능성도 있어 보입니다. 그래서 내부에 오일이 다 많은 상태에서 축이 부딪히며 엄청나게 큰 소음이 날 수가 있습니다. 우선은 날개와 망을 다시 다 분리하고 재조립을 해 보시길 권장드립니다. 날개를 모터축 끝까지 밀어 넣으세요. 그다음 고정 캡을 반대 방향으로 단단히 조여 주시고 손으로 날개를 돌려 보아서 흔들림이 없는 지 확인해 보십시오. 모터 축 부위에 방청 윤활제나 미싱 기름을 살짝 쳐 주시면 더 효과가 좋을 겁니다. 만약에 이렇게 해도 쇠에 긁히는 소리가 계속 나거나 덜덜거리면은 모터의 수명이 다한 겁니다. 6년 이상 쓰셨으니, 안전을 위해서 새 선풍기로 바꾸시는 걸 권해 드리고 싶네요.
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임피던스매칭은 왜 신호전송 효율에 중요한 영향을 미치나요?
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.임피던스가 안 맞으면 신호가 끝까지 못 가고 튕겨 돌아옵니다. 신호가 지나가는 길에 저항 성분이 서로 다르면 부딪힘이 생기기 때문이죠. 파이프의 굵기가 갑자기 좁아지면 물이 거꾸로 솟고치는 것과 같습니다. 이 튕겨 나가는 신호를 반사파라고 부릅니다. 반사된 신호는 원래 가려던 신호와 부딪혀 파형을 뭉개버리죠. 에너지가 목적지로 다 전달되지 못하고 길에서 줄줄이 새어 나가는 겁니다. 현장에서는 신호 왜곡을 막고 최대한 전력을 보내기 위해서 꼭 맞추는 편입니다. 송신측과 수신측 임피던스가 딱 같아야 에너지가 100% 넘어가죠. 매칭이 깨지면 고주파 신호가 일그러지고 통신 에러가 터지고 데이터가 결국 깨지게 되죠. 반사된 에너지가 장비로 들어오면 부품에 열이 나고 손상이 나기도 합니다. 그래서 안테나선이나 통신 케이블을 깔 때는 임피던스 값을 칼같이 맞추는 겁니다. 예시를 하나 더 들어보자면 캔 통신 같은 경우는 마스터 선과 중간중간 분기되는 슬레이브 선이 있습니다. 이 마스터 선 끝단길이는 서로 120옴을 설치하고 있습니다. 그래서 병렬로 60옴을 유지하고 있죠. 이 임피던스 값이 제대로 유지돼야만 캔 통신이 제대로 유지되고, 이런 사례는 자동차나 엘리베이터에서 많이 사용되고 있습니다.
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크리스탈발진기는 어떻게 정확한 클럭신호를 만들어내나요?
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.크리스탈 발전기는 수정 결정체에 압전 효과를 이용합니다. 수정 조각에 전기를 가하며 모양이 살짝 변하죠. 반대로 수정을 누르면 전기가 생깁니다. 전기 전원과 물리적인 변형이 서로 연결되어 있기 때문이죠. 수정판에 전압을 주면 엄청나게 빠른 속도로 떨리기도 하죠. 수정을 자른 두께와 각도에 따라서 진동수가 결정되기도 하고요. 이렇게 정밀하게 가공된 수정은 칼같이 일정한 속도로 따르게 됩니다. 그리고 이 핵심은 고유한 떨림이 열이나 자극에도 흔들리지 않는 점입니다. 수정 조각은 외부 변화에 매우 강합니다. 떨림의 오차가 거의 발생하지 않죠. 그리고 발진 회로가 이 떨림을 잡아서 고른 전기 파형으로 만들어 냅니다. 그리고 오차가 거의 없는 정밀한 디지털 신호가 되고 이 원리를 이용해서 컴퓨터와 각종 전자 기기의 기준 클럭으로 사용이 되는 겁니다.
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ADC는 연속적인 아날로그 신호를 어떻게 이산적인 디지털 값으로 바꾸나요?
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.ADC는 시간을 쪼개고 전압값을 반올림해서 0이랑 1로 바꾸는 과정을 거칩니다. 먼저 끊임없이 흐르는 아날로그 신호를 일정한 시간 간격으로 잘라내죠. 이 과정을 표본화라고 부릅니다. 잘라낸 순간의 전압 높이를 정해진 눈금에 맞춰서 가장 가까운 숫자로 만들죠. 이 작업의 양자화라고 부릅니다. 그 숫자를 컴퓨터가 알아듣게 0과 1의 이진수로 바꾸고 이게 부호화인 것이죠. 샘플링의 핵심은 원래 신호보다 훨씬 빠르고 촘촘하게 전압을 찍어내는 것입니다. 원래 파형 속도보다 최소 두 배 이상 빠른 속도로 찍어야 하죠. 너무 듬성듬성 자르면 원래 형태가 완전히 뭉개져 버릴 수가 있습니다. 이걸 앨리어싱 현상이라고 부릅니다. 그래서 전압을 1초에 수만 번 이상 콕콕 찍어서 값에 저장하는 거죠. 결국에는 촘촘하게 찍고 높이 눈금을 세밀하게 나눌수록 원본이랑 똑같은 디지털 값이 만들어집니다.
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컴퓨터 데이터를 내 컴퓨터 하드디스크가 아닌 클라우드에 저장한다는 말이 정확히 무슨 뜻이며, 인터넷만 연결되면 어디서나 내 자료를 꺼내볼 수 있는 원리가 뭔가요?
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.클라우드 저장은 내 컴퓨터가 아니라 전문 IT 기업에 거대한 서버 하드디스크를 빌려 쓰는 공간입니다. 흔히 네이버나 구글 같은 기업들이 이런 서비스를 제공하고 있죠. 수만 대의 대형 컴퓨터가 들어있는 데이터 센터에는 데이터를 보관하는 작업을 합니다. 내 방 책상 위에 하드디스크에 넣어 두었던 문서들을 통신망 건너편 데이터 센터에 저장한다고 생각하시면 되겠네요. 그리고 이름만 클라우드이지 실제로는 엄청나게 크고 단단한 사설 서버 시설에 파일이 들어가 있는 셈입니다. 그리고 어디서나 꺼내 볼 수 있는 건 모든 서버가 인터넷 망으로 24시간 연결되어 있기 때문이죠. 그래서 내 스마트폰이나 노트북은 일종의 무선 리모컨 역할을 하는 겁니다. 인터넷에 접속해서 내 계정의 아이디와 비밀번호를 입력하고 데이터센터 관리 프로그램이 본인 확인을 마치면 통신망을 통해서 해당 파일의 복사본을 내 화면으로 쏴주게 됩니다. 결론은 내 기기 자체에 파일이 없어도 네트워크만 연결이 되면은 언제 어디서든 서버에 있는 내 자료를 읽고 쓸 수 있는 게 원리가 되는 거죠.
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흡수선과 방출선의 위치가 같다고 말하는 이유
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.일단은 말씀하신 내용대로 원자 안에서 전자가 움직일 수 있는 에너지 길이 정해져 있기 때문입니다. 전자가 에너지를 먹고 위로 올라갈 때는 특정한 파장의 빛을 흡수합니다. 반대로 위에서 아래로 떨어질 때는 정확히 그만큼의 빛을 밖으로 뿜어내죠. 올라갈 때 쓴 에너지 계단 높이와 떨어질 때 내려오는 계단 높이가 완전히 똑같은 겁니다. 그래서 빛의 파장, 즉 스펙트럼에서 선이 찍히는 위치가 정확하게 일치하게 됩니다. 그리고 선 개수가 다르게 보이는 이유도 말씀하신 내용대로 전자가 한 번에 이동하는 경로와 단계가 다를 수 있기 때문이죠. 높은 곳에서 바닥으로 한 번에 뚝 떨어질 수도 있습니다. 아니면 중간 계단을 거쳐서 여러 번 나뉘어서 떨어질 수도 있죠. 이 때문에 상황에 따라 나타나는 선의 개수가 차이가 날 수가 있습니다. 하지만 전자가 오르내리는 계단 자체의 위치는 변하지 않죠. 결국에는 흡수되든 방출되든 선이 찍히는 고요한 파장 위치는 항상 같을 수밖에 없다는 게 결론이 되겠습니다.
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원자를 물어보려고 합니다알려주세요
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.직관적으로 감을 잡을 때는 작고 딱딱한 공으로 생각하셔도 틀린 말은 아니긴 합니다. 옛날 과학자들도 원자를 쪼갤 수 없는 미세한 구슬 모양으로 봤기 때문이죠. 하지만 실제 원자 속은 텅 비어 있습니다. 한가운데에 작고 무거운 원자핵이 딱 있습니다. 그 주위를 전자들이 빠른 속도로 들고 있는 거죠. 전자들이 워낙 빠르게 움직여서 겉보기에 공처럼 보일 뿐입니다. 현대 물리학으로 보면 딱딱한 알갱이라기보다는 전자가 만든 에너지 구름이 맞겠네요. 좀 더 유추를 해 보자면 축구장 한가운데 모래알 하나를 올려 놓은 게 원자핵입니다. 그리고 전자는 축구장 전체를 뛰어다닌다고 상상을 해 보면 좋겠습니다.
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우리가 평소에 사용하는 전자레인지가 음식물을 데울 때 금속 그릇이나 은박지를 넣으면 왜 번쩍거리며 스파크가 튀는 걸까요
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.마이크로파가 금속을 만나면 표면에 전자가 몰려서 엄청난 전압이 걸립니다. 그리고 전자레인지에 전자기파는 금속을 뚫지 못하죠. 대신 금속 표면에 있는 전자를 마구 흔들어 놓습니다. 이러면 금속 안에서 강한 전류가 흐르게 됩니다. 특히 은박지처럼 구겨진 곳이나 뾰족한 끝부분으로 전자가 다 쏠립니다. 뾰족한 모서리에 전하가 과도하게 모이면서 순간적으로 전압이 무섭게 올라갑니다. 그리고 이 상태에서 높아진 전압이 공기를 두고 터져 나옵니다. 그렇게 스파크가 튀는 거죠. 뾰족한 금속 모서리와 주변 사이의 전압 차이가 많게는 수천 볼트까지 벌어집니다. 공기층이 참지 못하고 전기가 통하는 상태로 변해 버리는 거죠. 그 결과 하늘에서 번개가 치듯이 파란 불꽃이 번쩍일 겁니다. 열이 순식간에 올라가서 종이나 용기에 불이 붙을 수도 있고요. 그래서 음박지나 금속 용기는 절대로 전자레인지에서 돌리시면 안 됩니다.
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