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희토류 라는 것이 정체가 무엇인가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.희토류는 스마트폰 화면에서 색을 발하게 하는 것, 유럽연합의 지폐인 유로화 위조를 방지하는 형광 물질, 해저를 가로지르는 광섬유 케이블, 전기차와 컴퓨터의 자석, 헤드폰의 음파 생성, 열 추적 미사일의 궤적 이동, 양자 컴퓨터 제작 등에 쓰입니다. 이런 것이 가능한 것은 희토류의 독특한 전자 때문입니다. 모든 원자는 가운데에 핵이 있고, 핵 주변에는 궤도를 도는 전자가 있습니다. 핵에서 가장 먼 궤도를 도는 전자는 화학 반응에 참여하고 다른 원자와 결합합니다. 희토류 원소에는 특별한 궤도를 도는 f-전자라는 전자들이 있습니다. 이 f-전자들 덕분에 희토류 금속은 특이한 성질을 갖게 됩니다.희토류의 쓰임을 보면 현대에 있어서 중요한 첨단기술, 큰 돈이 될 수 있는 산업분야에 사용된다는 것을 짐작할 수 있습니다. 희토류를 가장 많이 보유한 국가는 중국인데 전 세계 희토류의 70% 이상이 중국에서 생산됩니다. 반면 미국에서는 하나의 광산만 있는 상황입니다. 그래서 미국에서 우려하는 것이 중국에서 희토류를 수출하지 않거나 가격을 터무니 없이 올렸을 때입니다. 그 때문에 우주개발에 박차를 가하고 있다고도 합니다. 그 정도 되면 얼마나 중요한 것인지 알 수 있을 겁니다. 자원전쟁으로 이어질 수도 있겠다고 보는 사람도 있을 정도입니다. 이미 세계적으로 스마트폰이나 컴퓨터 등이 생활에 깊게 뿌리내려 있는 분야에 사용되는 자원이기에 희토류 확보를 중요시 보는 것입니다. 미국 뿐 아니라 첨단산업이 크게 발전해 많은 수익이 발생되는 우리나라도 대비해야 될 것입니다.
학문 / 화학
23.03.16
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오늘 포항에 볼일이 있어서 고속도로를 좀 탔는데...
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.노면을 거칠게 하는 이유는 자연스럽게 속도를 줄일 수 있게 유도하는 것과 운전 중 졸음방지를 위한 것입니다. 어떤 곳에서는 노면 홈을 조절함으로써 마찰음의 높낮이가 생겨나게 해서 멜로디가 들리도록 한 곳도 있습니다. 일반도로에서도 그렇지만 특히 고속도로에서 운전하다 보면 과속을 하는 경우가 많은데 기본적인 제한 속도가 일반도로 보다 높기 때문에 과속을 했을 때 속도가 매우 높을 것입니다. 속도가 높아질수록 시고시 피해도 커지기 때문에 주의를 요하는 곳에 노면을 거칠게 하거나 카메라 설치 등의 방법으로 속도를 낮추도록 유도합니다. 톨게이트 같은 곳에 가까워질 때도 노면이 거친 것을 알수 있을 겁니다. 그 외에도 사고다발지역이나 속도를 줄여야 할 필요가 있다면 노면을 거칠게 만들어줍니다. 속도를 줄이는 것 외에도 장시간 운전 시 졸음이 올 경우가 많기 때문에 마찰음이 크게 들리게 해서 졸음을 쫓을 수 있게 해주는 것도 있습니다. 속도가 높을수록 사고 발생시 피해가 크다고 했는데 속도가 높을수록 눈을 잠시라도 뗐을 때 사고 발생 위험도 커집니다. 그렇기에 졸음운전이 매우 위험하다는 것을 알 수 있습니다. 졸음쉼터를 만들기도 하지만 운전자가 스스로 방문해서 졸음을 해결하지 않으면 소용 없기에 원치 않아도 자극을 받도록 한 것입니다. 그 외에도 터널 내에서 경고음이 들리게 하거나 화려한 조명을 설치하는 등 다양한 것들을 통해 졸음 방지에 노력하고 있습니다.운전자에게 불편할 수도 있겠지만 안전을 위해서 마련한 장치라고 생각하시면 좋을 것 같습니다.
학문 / 토목공학
23.03.16
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불났을때 문을 함부로 열면 큰일난다고하던데요
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.불(연소)은 가연성 물질이 열과 산소를 만나 에너지를 빛과 열의 행태로 방출하는 산화과정입니다. 연소에 꼭 필요한 세가지가 연료, 산소, 열(발화점 이상의 온도)입니다. 그래서 불을 끌 때는 그 세가지 중 하나라도 없애면 됩니다. 폐쇄된 공간에서 불이 나고 있다면 산소가 부족해져서 불이 점차 줄어들 것입니다. 하지만 많은 가연성 가스가 모이게 되고, 외부로 열이 방출되지 못해 고온인 상태가 됩니다. 그때 개구부가 열려 외부로부터 공기(산소)가 유입되면 축척되어 있던 고온의 가연성 가스가 산소와 반응해 폭발적으로 연소하게 되는 것입니다.
학문 / 화학
23.03.13
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탁구공을 던지면 똑바로가지 않고 휘어갑니다
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.탁구공이 가볍기 때문에 공기저항을 받아서 휘게 됩니다. 공기 저항을 받는 한 일직선으로 날아가지 않을 겁니다. 일직선으로 던지기 위해서는 진공상태인 곳에서 던지면 가능할 것입니다.
학문 / 물리
23.03.12
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아폴로11호의 달 착륙이후 더이상 달착륙은 시도하지 않는건가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.아폴로 11호~17호 중에 13호를 제외하고 총 6번 달 착륙에 성공했습니다. 그렇게 되기까지 소련(러시아)과 경쟁구도로 인한 결과였습니다. 그 후 미국 국민들의 반대가 거세짐에 따라 더 이상 프로젝트를 진행하지 않았습니다. 국민들의 반대 이유는 아폴로 계획에 막대란 자본이 들어가는 것 때문이었습니다. 당시 총 250억 달려 (우리나라 돈으로 100조원 가량) 지출하였습니다. 소련과의 경쟁에서 우위에 섰다는 것 외에 경제적인 이득은 없었기에 계속 현재는 미국과 여러 나라가 우주 탐사 계획을 추진 중인데 달에 있는 희귀 자원을 선점하기 위한 것이라는 얘기가 있습니다. 현재는 개발비용 부족으로 늦어지고 있지만 다시 달 탐사 계획이 진행될 것으로 보입니다.
학문 / 지구과학·천문우주
23.03.10
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봄에 피어나는 새싹이나 이파리들이 연두색이나 초록색으로 자라나는 특별한 이유가 있나요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.식물 잎 속에 들어 있는 엽록소 때문입니다. 엽록소는 엽록체 속에서 빛에너지를 흡수하여 이산화탄소를 유기화합물인 탄수화물로 동화시키는데 쓰이는데 그 빛깔이 녹색이기 때문에 엽록체가 녹색으로 보이고, 식물의 잎도 녹색으로 보이는 것입니다. 대부분의 식물들의 속에 엽록소가 포함되어 있습니다. 햇빛을 흡수하기에 가장 효율적인 색상은 검정색이지만 하지만 성장에 있어서 빛 에너지를 사용하는 식물 속에 엽록체가 왜 검정색 보다 빛 흡수 효율이 떨어지는 녹색인지는 아직 밝혀지지 않았습니다. 그리고 콩나물을 예로 본다면 빛을 받기 전에 잎은 녹색이 아닌 것을 알 수 있습니다. 엽록체 속에 연록소는 빛에 반응하여 녹색을 띠는 것입니다. 엽록소은 빛을 흡수할 때 녹색 파장은 거의 흡수하지 않기 때문에 식물이 녹색으로 보이는 것입니다. 초등학교 과정에서 바닷물이 파란색 파장의 빛을 흡수하지 않고 반사하기 때문에 파란색을 띠고 있다는 것을 배우셨을 겁니다. 식물이 녹색인 이유도 이것과 비슷합니다. 봄에 새싹 이파리가 연두색이나 녹색인 것은 엽록소가 빛에 반응해 광합성을 시작했다고 생각하시면 됩니다.
학문 / 생물·생명
23.03.10
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에어컨에서 왜? 물이 나오는지..또한 이 물은 순수한 물인가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.에어컨에서 나오는 물은 응축수입니다. 이는 공기 중의 수증기가 차가운 물체의 표면에 응결되어서 이슬처럼 맺힌 물입니다.에어컨 내부에 에바포레이터(증발기)라는 것이 있는데 저온•저압으로 감압된 냉매가 유입되면 그 냉매를 증발시켜 주위에서 증발열을 빼앗아 공기나 물 등 유체를 냉각하는 열교환기입니다. 이 장치는 에어컨이나 냉장고 등에 설치되어 있습니다. 이 장치가 작동하면서 매우 차가워지는데 그 상태에서 수증기를 머금은 공기가 지나면서 에바포레이터 표면서 응축수가 맺혀 내부 물받이에 받아져서 외부로 배출되는 것입니다.이 물 자체는 더럽지 않을 겁니다. 오히려 에바포레이터가 오염되어 있거나 공기가 미세먼지 등으로 오염되는 등 다른 요인에 의해서 오염될 가능성이 높습니다.
학문 / 화학
23.03.10
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철과 철을 결합시키기 위해 피스를 박을려고 하는데..
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.철재용 피스와 목재용 피스 나사산 형태가 다른 것이 보일 겁니다. 목재용 피스는 그냥 뽀족한 형태에 시작지점에 가까이부터 나사선이 있습니다. 목재는 철이나 스테인레스 등의 금속재 보다 강도가 약하기 때문에 사전 천공작업 없이도 뚫기 쉬운편입니다, 하지만 철판에 피스를 박으려면 철재와 피스의 강도 차이가 크지 않은 재질이기 때문에 사전 천공을 해둬야지 나사를 박을 수 있을 정도입니다. 그래서 철재용 피스의 나사 끝을 보면 드릴 비트의 날과 비슷한 형태임을 알 수 있습니다. 해당 부분이 철재에 천공을 해주고 뒤 이어 나사선이 천공 테두리를 타고 들어가는 것입니다. 나사 끝의 드릴날 부분의 크기가 나사산 봉우리 보다 크지 않아 철판과 수직으로 방향을 잘 맞춰서 체결하면 나사의 강도 내에서 고정력을 유지할 수 있습니다. 물론 두꺼운 철판일 경우 피스 만으로는 뚫을 수 없어서 드릴로 미리 천공한 후에 피스를 체결해야 제대로 작업이 됩니다.형태에서 천공에 도움을 주는 부분도 있으며 재질에서도 일반 철판 보다 강도가 높은 스테인리스로 만들어진 것도 있습니다. 스테인리스재질의 피스를 사용할 경우 일반 철 보다 더 강한 재질이기 때문에 철판의 천공과 체결이 더 안정적입니다.
학문 / 기계공학
23.03.09
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컵에 얼음물 담으면 겉면에 물방울이 맺히는게 무슨원리인가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.공기 중에 수분이 포함되어 있다는 것을 잘 아실겁니다. 공기 중에 포함될 수 있는 수분의 비중은 온도에 따라 다른데 온도가 높을수록 포함할 수 있는 수중기(수분)의 양이 많아집니다. 그 공기가 더 이상 수증기를 포함할 수 없는 상태가 도달하면 포화되었다고 하며, 공기 1m3(3제곱) 포화상태까지 들어갈 수 있는 수증기의 양을 포화수증기량이라고 합니다. 공기의 온도가 높아질수록 포화수증기량이 많이지는 것입니다. 반대로 온도가 낮아질수록 포화수증기량이 줄어드는데 얼음컵 등 차가운 물체에 수증기를 포함한 공기가 닿으면 온도가 낮아지고 포화수증기량이 줄어들면서 초과된 수증기를 공기 밖으로 배출하게 되는데 그것이 얼음컵 표면에 맺히게 되는 것입니다. 공기에 포함된 수증기가 포화상태가 아니더라도 얼음컵 표면에 닿은 공기 온도의 포화수증기량 보다 많은 수증기를 포함하고 있다면 수분이 맺힐 수 있습니다. 이를 결로현상이라고 합니다.
학문 / 화학
23.03.08
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삼겹살섭취가 몸속 중금속 가루를 배출하는데 도움이 된다는데 과학적 근거가 있는말인가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.결론부터 말씀드리자면 과학적 근거가 없는 얘기입니다.삽겹살에 풍부한 지방(기름기)이 호흡기에 낀 중금속을 포함하고 있는 미세먼지를 흡착한다는 얘기가 있습니다. 하지만 미세먼지가 호흡기로 들어오면 기도를 통해서 폐로 들어가게 되고, 음식물은 식도로 들어와 소화기관으로 가기 때문에 지방이 미세먼지를 흡착한다는 말은 전혀 맞지 않습니다.일부에서는 돼지고기에 풍부한 불포화지방산이 미세먼지와 결합해 소변으로 배출된다는 의견을 내놓기도 합니다. 돼지고기가 소고기에 비해 불포화지방산인 ‘리놀렌산’이 풍부한 것은 사실이지만, 돼지고기는 동물성 식품이기 때문에 포화지방산의 함량이 높습니다. 불포화지방산도 지방이며, 지방은 소변으로 배출되지 않는 영양소입니다. 따라서 이 말도 맞지 않습니다.함황아미노산인 ‘메디오닌’과 ‘시스테인’은 미세먼지에 들어있는 나프탈렌, 벤졸, 납 등의 체내흡수를 막아주는 역할을 합니다. 함황아미노산은 간에서 중금속과 결합해 수용성 물질로 바꿔서 소변을 통해 인체 밖으로 배출됩니다. 이로 인해 함황아미노산이 함유된 돼지고기를 먹으면 미세먼지를 배출에 도움이 될 것이라는 인식이 적지 않습니다. 하지만 돼지고기에 함유된 함황아미노산의 함량은 많지 않으며, 해조류, 계란, 콩 등에 함황아미노산의 함량이 더 높습니다. 삼겹살과 같은 지방함량을 높은 음식을 지나치게 많이 섭취하면 지용성 중금속의 체내흡수율이 높아 오히려 건강을 더 해칠 수 있습니다.또 고온의 불판이나 참숯·연탄에 삼겹살을 구우면 지방이 타면서 벤조피렌 등 발암성 물질이 섞인 미세먼지를 더 많이 흡입하게 될 수 있습니다.미세먼지 배출을 위해 가장 간단하고 좋은 방법은 물을 많이 마시는 것입니다. 호흡기나 기관지 점막이 건조하면 미세먼지가 잘 침투하므로 수분 보충을 충분히 하여 촉촉하게 유지해주는 것이 좋습니다. 김, 미역, 다시마 등의 해조류에는 ‘알긴산’ 성분이 풍부합니다. 알긴산은 끈적끈적하기 때문에 중금속과 미세먼지를 흡착해서 배출해주는 효과가 있습니다. 이외에 마늘, 배. 도라지, 녹차 등도 중금속과 미세먼지 배출에 도움이 되는 식품이 있습니다.
학문 / 화학
23.03.07
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