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퀀텀 역학에서 말하는 양자란 무엇인가요?
안녕하세요. 양자 역학은 물리학의 한 분야로, 매우 작은 미시 세계, 즉 원자와 아원자 입자들의 세계에서 일어나는 현상을 연구합니다. 이 분야에서 중요한 개념 중 하나가 바로 '양자'입니다. 양자는 에너지가 불연속적인 최소 단위로 존재한다는 개념을 말합니다. 즉, 에너지는 연속적으로 변하지 않고 일정한 '양' 또는 '포션'으로 존재합니다. 이러한 에너지의 최소 단위를 '양자'라고 부르며, 이는 맥스 플랑크에 의해 처음 제안되었습니다. 플랑크는 에너지가 E=hν (여기서 h는 플랑크 상수, ν는 주파수)라는 관계를 가진다는 것을 발견하였습니다. 이 공식은 에너지가 양자화되어 있음을 나타내며, 빛과 같은 전자기파도 이 양자적 성질을 갖습니다. 양자 역학이 우리가 알고 있는 물질과 관련된 주된 방식은 원자와 분자의 구조와 성질을 설명하는데 있습니다. 예컨데, 원자 내의 전자는 특정한 에너지 준위에만 존재할 수 있으며, 이는 양자 역학의 불연속적 에너지 수준의 개념을 통해 설명됩니다. 전자가 한 에너지 준위에서 다른 에너지 준위로 점프할 때, 정확한 양의 에너지를 흡수하거나 방출합니다. 이 현상은 분광학에서 관찰되는 선스펙트럼을 통해 확인될 수 있습니다. 또한, 양자 역학은 입자들이 결정적인 위치나 속도를 동시에 가질 수 없다는 불확정성 원리를 도입합니다. 이는 하이젠베르크에 의해 제안되었으며, 원자나 소립자들의 정확한 상태를 예측하는 것이 불가능하다는 것을 의미합니다. 이러한 불확정성은 화학 반응이나 물질의 상태 변화를 이해하는데 중요한 요소입니다.
학문 / 물리
24.09.11
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신체의 일부가 절단된 환자들이 환상통을 느끼는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 환상통은 절단된 사지의 감각을 느끼는 현상으로, 신체의 일부가 절단된 후에도 여전히 그 부위가 존재하는 것처럼 느껴지는 상태를 말합니다. 이는 신경학적 및 심리적 요인들이 복합적으로 작용하는 결과로 발생합니다. 주된 원인으로는 다음과 같은 신경계의 변화들이 포함됩니다. 신경 손상과 관련된 중추신경계의 재구성이 주요 요인으로 작용합니다. 신체의 일부가 절단되면 해당 부위로 가는 신경이 손상되고, 이로 인해 신경계는 그 손상된 부위에 대응하기 위해서 변화를 겪게 됩니다. 뇌는 절단된 사지에 대한 정보를 계속 처리하려고 시도하는데, 이 과정에서 사지가 여전히 존재한다는 잘못된 신호를 받게 되어 통증이나 다른 감각을 느끼게 됩니다.
학문 / 생물·생명
24.09.11
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곤충들은 먹이를 먹지않고 얼마나 살수있나요?
안녕하세요. 곤충의 생존 기간, 먹이 부재 상태에서의 생존 가능성은 그 종에 따라 상이하게 나타납니다. 곤충은 대사율, 생태적 특성, 생리적 조건에 따라 다양한 반응을 보이며, 이는 먹이가 없을 때 그들의 생존 기간에 중대한 영향을 미칩니다. 우선, 곤충은 저온 등 특정 환경 조건 하에서 대사 활동을 최소화하여 에너지 소비를 줄이는 휴면 상태로 들어갈 수 있습니다. 이러한 휴면 상태는 특히 먹이가 부족하거나 외부 환경이 극한 상태에 놓였을 때 관찰됩니다. 예컨데, 일부 곤충은 겨울철에 낮은 온도에 의해 발생하는 휴면 상태인 겨울잠을 통해 몇 개월 간 먹이 없이도 생존할 수 있습니다. 또한, 곤충 중 일부는 성체가 되어도 먹이를 섭취하지 않고 생애의 대부분을 번식에만 전념하는 종도 있습니다. 이런 곤충들은 성체로 변태하는 동안에 축적된 에너지를 사용하여 짧은 기간 동안 생존합니다. 예컨데, 몇몇 나비 종류는 성체가 되어서는 먹이를 전혀 섭취하지 않으며, 번식에 필요한 에너지만을 소비한 후 생애를 마감합니다. 그러나 모든 곤충이 먹이 없이 장기간 생존할 수 있는 것은 아닙니다. 특히 사회성을 가진 곤충들 또는 활동적인 포식자로서 일상적으로 먹이 활동을 하는 종들은 먹이가 없을 경우 생존 기간이 매우 짧을 수 있습니다. 이들은 지속적으로 에너지를 필요로 하며, 먹이가 없으면 몇 일 내에 생명을 잃을 수 있습니다. 따라서 곤충의 생존 기간은 그들이 속한 종의 생물학적 특성과 생태적 요인에 크게 좌우됩니다. 먹이 부재 상황에서 곤충의 생존은 이들이 가진 생물학적 전략과 밀접한 관계가 있으며, 이는 곤충을 연구하고 이해하는 데 중요한 요소 중 하나입니다.
학문 / 생물·생명
24.09.10
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당뇨병이 생기는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 당뇨병은 신체가 혈당을 제대로 조절하지 못하여 혈중 포도당 수치가 비정상적으로 높아지는 대사질환입니다. 이 질환의 발생 이유는 크게 두 가지 유형-제 1형 당뇨병, 제 2형 당뇨병- 으로 나누어 설명할 수 있습니다 제 1형 당뇨병은 주로 자가면역 반응에 의해 발생합니다. 이 경우, 면역 체계가 실수로 췌장의 인슐린을 생성하는 베타 세포를 공격하고 파괴하여 인슐린 생산이 중단되거나 심각하게 감소합니다. 인슐린은 혈중 포도당을 세포로 이동시켜 에너지로 사용하도록 돕는 호르몬입니다. 제 1형 당뇨병은 대체로 어린 나이에 발병하며, 환자들은 외부에서 인슐린을 주입받아야 합니다. 제 2형 당뇨병은 가장 흔한 형태로, 주로 인슐린 저항성과 베타 세포 기능 저하가 원인입니다. 인슐린 저항성이란 세포가 인슐린의 작용에 제대로 반응하지 않아 혈당 조절이 어려워지는 상태를 말합니다. 이 상태에서는 췌장이 더 많은 인슐린을 생산하려 시도하지만, 결국 베타 세포가 손상되면서 인슐린 생산이 불충분해질 수 있습니다. 제 2형 당뇨병은 주로 성인에게서 발병하지만, 비만이 증가함에 따라 어린이와 청소년에서도 발병률이 증가하고 있습니다. 당뇨병에는 분명한 유전적 요인이 관여하며, 특히 제 2형 당뇨병의 경우 가족력이 큰 위험 요소입니다. 부모나 형제에게 당뇨병이 있는 경우, 자신도 당뇨병을 발병할 가능성이 더 높습니다. 유전적 소인 외에도 생활 습관과 환경적 요인이 복합적으로 작용합니다. 당뇨병 예방을 위한 가장 효과적인 방법은 건강한 생활 습관을 유지하는 것입니다 : 1. 균형 잡힌 식사를 하여 정상 체중을 유지합니다. 고섬유질 식품, 신선한 과일 및 채소를 충분히 섭취하고, 고지방, 고당류 식품의 섭취는 제한합니다. 2. 정기적인 운동을 실천합니다. 주당 150분의 중등도 신체 활동이 권장됩니다. 3. 정기적인 건강 검진을 받고, 혈당 수치를 확인합니다.
학문 / 생물·생명
24.09.10
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어류들도 우울증이라는 것이 존재하나요?
안녕하세요. 어류와 같은 비인간 동물에서 우울증이라는 인간의 정신 질환과 동일한 형태로 존재하는지는 명확하게 알려져 있지 않습니다. 그러나, 어류를 포함한 동물들이 스트레스, 불안, 또는 비슷한 감정 상태를 경험할 수 있다는 증거는 있습니다. 특히, 동물들이 사회적 환경 변화, 공간 제한, 부적절한 사육 조건 등에 반응하여 스트레스를 받을 수 있습니다. 어류의 행동학적 연구에서 일부 종은 동료와 분리됐을 때 스트레스 반응을 보이는 것으로 알려져 있습니다. 예컨데, 일부 사회성이 높은 어종은 집단에서 떨어져 있을 때 스트레스 지표가 증가하는 것이 관찰되었습니다. 이는 어류들이 사회적 연결성과 그룹 내 위치에 민감할 수 있음을 시사합니다. 어류가 다른 개체와 함께 있을 때 건강하고 활발하게 행동하는 경우가 많은데, 이는 동종의 다른 개체와의 상호작용이 글들의 복지에 중요할 수 있음을 나타냅니다. 일례로, 어류 중 일부는 짝을 이루거나 무리를 지어 행동하는 경향이 있으며, 이러한 행동은 그들의 생존과 번식에 유리합니다. 어항에서 어류를 키울 때는 종에 따라 다른 요구 사항이 있습니다. 일부 어종은 고독하게 지내는 것을 선호하지만, 다른 어종은 사회적 상호작용을 필요로 합니다. 예를 들어, 몇몇 열대어는 무리를 지어 헤엄치는 것을 선호하기 때문에, 이런 종들을 단독으로 기르면 스트레스를 받을 수 있습니다. 따라서 어종의 특성을 이해하고, 그에 맞는 환경을 제공하는 것이 중요합니다. 만약 어종이 사회적 상호작용을 중요시한다면, 적절한 수의 동료를 함께 키우는 것이 그들의 건강과 복지에 도움이 될 수 있습니다. 결론적으로, 어류도 사회적 상호작용을 중시하는 종들이 많으며, 이러한 상호작용은 그들의 정서적 상태와 건강에 중요한 역할을 할 수 있습니다. 개인적으로 어류를 기를 때는 해당 종의 사회적 요구를 고려하여 적절한 수의 동료를 함계 기르는 것이 좋습니다.
학문 / 생물·생명
24.09.10
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대두는 산성식품이면 대두로만든 두부 낫또 등도 산성식품인건가요
안녕하세요. 대두는 체내에서 산성식품으로 분류되며, 이는 대두로부터 만들어지는 식품인 두부, 낫또, 콩국물도 대부분 산성식품으로 간주될 수 있습니다. 식품이 산성 또는 알칼리성으로 분류되는 기준은 그 식품이 체내에서 대사될 때, 신체 내에서 산성 혹은 알칼리성 대사산물을 남기는지 여부에 따라 결정됩니다. 대두는 단백질, 인, 황 등 다양한 영양소가 포함되어 있어, 대사 과정에서 산성 반응을 유발하는 물질을 생성하므로, 대두를 원료로 한 식품들 역시 산성식품으로 평가됩니다. 두부나 낫또는 대두의 가공식품이지만, 그 본래 성분을 크게 변화시키지 않기 때문에 체내에서 산성식품으로 작용하는 경향이 있습니다. 발효 식품인 낫또의 경우, 발효 과정에서 미생물에 의해 일부 성분이 변화하긴 하지만, 그 대사 산물이 체내에서 산성 반응을 크게 변화시키지는 않습니다. 따라서 두부, 낫또, 콩국물 역시 산성식품으로 분류됩니다. 알칼리성 콩으로는 일반적으로 팥과 검정콩이 알려져 있습니다. 이들 콩은 대사 과정에서 알칼리성 물질을 생성하여 체내에서 산성화를 방지하는 역할을 할 수 있습니다. 검정콩은 특히 항산화 물질이 풍부한데, 이러한 성분들이 알칼리성 특성을 띠게 합니다. 그 외에도 알칼리성 콩류로는 병아리콩(Chickpeas), 강낭콩(Kidney beans), 리마콩(Lima beans)등이 있습니다. 이러한 콩들은 대사 과정에서 산성 물질을 적게 남기며, 체내 pH 균형을 알칼리 쪽으로 유도하는 경향이 있습니다.
학문 / 화학
24.09.10
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우리가 사는 우주에도 버그 같은것이 있을까요??
안녕하세요. "시뮬레이션 우주" 이론은 우리가 살고 있는 우주가 컴퓨터 시뮬레이션의 산물일 수 있다는 가설로, 이를 통해 현실의 구조와 작동 방식에 대해 철학적이고 물리학적인 논의를 제기합니다. 만약 우리가 살아가는 우주가 정말로 시뮬레이션이라면, 컴퓨터 프로그램이나 소프트웨어에서 발생하는 버그(bugs)와 유사한 오류 또는 비정상적인 현상이 나타날 수 있다는 가능성도 고려될 수 있습니다. 하지만, 현재까지 우리가 알고 있는 과학적 연구에서는 우주에서 버그에 해당하는 명백한 오류가 발견되지 않았습니다. 다만, 일부 물리 현상에서 불완전하거나 예상과 다른 행동이 관측된 사례들이 있는데, 이는 우주의 작동에 있어 인간이 완전히 이해하지 못한 측면일 가능성이 높습니다. 우주가 '버그'와 같은 오류를 포함할 수 있다는 발상은 양자역학적 현상과 관련이 있을 수 있습니다. 예컨데, 양자역학에서는 양자 불확정성 원리나 양자 얽힘과 같은 현상들이 우리가 직관적으로 이해할 수 없는 방식으로 작동하는데, 이러한 현상들은 일반적인 고전 물리학의 법칙들과 매우 다르게 작용합니다. 양자 얽힘은 두 입자가 서로 멀리 떨어져 있어도, 한 입자의 상태가 변하면 다른 입자의 상태가 즉시 변하는 현상을 보여줍니다. 이와 같은 현상은 우리가 직관적으로 생각하는 '정보 전달'의 개념과 맞지 않으며, 그로 인해 일종의 '비정상적'이라고 느낄 수 있는 면모가 있습니다. 그러나 이는 과학적으로 설명 가능한 영역에 속하며, 결코 오류나 버그라고 할 수 없습니다. 또한, 암흑물질(dark matter)과 암흑 에너지(dark energy)는 우주 전체 질량-에너지의 대부분을 차지하지만, 우리는 그것들의 본질에 대해 거의 알지 못합니다. 현재까지는 그 존재를 간접적으로만 확인할 수 있으며, 이것이 우리에게 우주에서 정상적으로 설명되지 않는 현상처럼 보일 수 있습니다. 과학자들은 이 미지의 에너지와 물질이 우주의 작동을 설명하는데 매우 중요한 역할을 한다고 믿지만, 그 본질을 완전히 이해하지 못한 상태에서는 마치 우주의 '버그'처럼 보일 수 있습니다. 시뮬레이션 가설과 비슷한 개념은 "매트릭스 이론(Matrix theory)"이나 가상 현실에 대한 철학적 질문과도 관련이 있습니다. 이러한 논의는 우주가 실제로 어떻게 존재하는지에 대한 의문을 제기하며, 우리가 인식하는 현실이 실제로는 더 큰 구조 안에서 인위적으로 만들어진 환경일 수 있다는 가정에 기반을 둡니다. 하지만, 이 가설들은 현재로서 물리적 증거보다는 철학적 논의에 가깝습니다. 결론적으로, 우주에서 우리가 발견한 현상들 중 일부는 직관적으로 이해하기 어렵거나 기존의 이론으로 설명되지 않는 부분이 있을 수 있지만, 이를 '버그'로 규정하기는 어렵습니다. 과학적 연구는 이러한 현상을 이해하고 설명할 수 있는 새로운 이론을 발전시키는 과정이며, 우주의 본질에 대한 이해는 계속해서 진화하고 있습니다.
학문 / 물리
24.09.10
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주관성모멘트가 무엇이고, 어떻게 계산하는 건가요?
안녕하세요. 관성모멘트(moment of inertia)는 물체가 회전할때 그 회전에 저항하는 성질을 나타내는 물리량으로, 선형 운동에서의 질량에 해당하는 역할을 합니다. 즉, 물체가 특정 축을 기준으로 회전하려고 할때, 그 물체의 질량이 어떻게 분포되어 있는지에 따라 회전 운동에 대한 저항 정도가 달라지며, 이를 수치화한 것이 관성모멘트 입니다. 관성모멘트는 물체의 모양, 질량 분포, 회전하는 축에 따라 달라집니다. 관성모멘트의 정의는 물체의 각 질량 요소가 회전축에서 떨어진 거리의 제곱에 비례하여 계산됩니다. 수식으로 표현해보면 : I = ∑mᵢrᵢ² 여기서 , I는 관성모멘트, mᵢ는 물체의 각 질량 요소의 질량, rᵢ는 각 질량 요소가 회전축으로부터 떨어진 거리입니다. 연속적인 질량 분포를 가진 물체에 대해서는 적분을 통해 계산할 수 있으며, 이때는 다음과 같은 적분 형태를 사용합니다 : I = ∫r² dm 여기서 r은 질량 요소가 회전축으로부터 떨어진 거리 dm은 미소 질량입니다. 자니베코프 효과(Dzhanibekov effect)는 물체가 자유롭게 회전할 때 나타나는 불안정한 회전 현상으로, 물체의 주축 중 하나의 관성모멘트가 다른 두 주축의 관성모멘트 사이에 있을 때 발생하는 현상입니다. 물체는 세 개의 서로 다른 주관성모멘트(주축 기준의 관성모멘트)를 가질 수 있습니다. 이 주축들 중에서, 두 주축에 비해 중간 크기의 관성모멘트를 가진 축으로 회전할 때 물체가 불안정하게 회전하며, 이로 인해 자발적으로 회전 방향이 변화하는 현상이 발생할 수 있습니다. 이 현상을 설명하는 데에는 에너지가 고정된 상태에서 각운동량이 보존되려는 경향과 관련된 수학적 모델이 사용됩니다. 중간값을 갖는 주축에서 회전할 때, 아주 작은 외부 요인이나 내부의 불균형이 발생하면 물체는 불안정한 회전을 시작하게 됩니다. 관성모멘트는 물체의 질량 분포와 회전 축의 위치에 따라 다르게 계산됩니다. 예를 들어, 간단한 형태의 물체들에 대해 몇 가지 대표적인 관성모멘트를 살펴보면 : - 긴 막대가 끝을 기준으로 회전할 때의 관성모멘트 : I = (1/3) mL² 여기서 m은 막대의 질량, L은 막대의 길이 - 원판이나 원통이 중심축을 기준으로 회전할 때의 관성모멘트: I = (1/2) mr² 여기서 r은 원판의 반지름입니다. - 구가 중심축을 기준으로 회전할 때의 관성모멘트 : I = (2/5) mr² 여기서 r은 구의 반지름입니다. 각각의 물체에 따라 관성모멘트의 공식이 다르며, 물체의 대칭성과 질량 분포에 따라 계산 방법이 달라집니다. 자니베코프 효과에서 중요한 점은 물체가 세 가지 주축(주관성축)을 가지고 있다는 것입니다. 각 주축은 서로 다른 관성모멘트를 가지며, 이 중에서 가장 큰 값, 가장 작은 값, 중간값을 가집니다. 이 중에서 중간값을 가진 축을 기준으로 회전할 때 회전이 불안정해지고, 작은 외부 요인에도 민감하게 반응하여 회전 방향이 급격하게 변하는 현상이 자니베코프 효과로 설명됩니다. 결론적으로, 관성모멘트는 물체의 회전 저항을 나타내는 값으로, 자니베코프 효과에서는 중간 크기의 주관성모멘트가 중요한 역할을 합니다. 관성모멘트는 물체의 형태, 질량 분포, 회전축에 따라 수학적으로 계산되며, 이를 통해 회전 운동의 특성을 이해할 수 있습니다.
학문 / 물리
24.09.10
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우리가 먹는 음식 사용하는 제품 속에 숨겨진 미생물의 역할은 무엇일까요?
안녕하세요. 미생물은 우리가 일상적으로 섭취하는 음식과 사용하는 다양한 제품에서 매우 중요한 역할을 수행하며, 그 역할은 발효, 의약품 개발, 환경 정화 등 여러 분야에서 핵심적입니다. 이러한 미생물의 역할을 이해하면, 자연과 인간 생활 사이의 밀접한 관계를 보다 명확하게 파악할 수 있습니다. 발효 식품에서 미생물의 역할은 매우 중요합니다. 발효는 미생물(세균, 효모, 곰팡이 등)이 유기물(주로 당)을 분해하여 에너지를 얻는 과정에서 발생하는 화학적 변화를 일컫습니다. 이 과정에서 생성되는 산, 가스, 알코올 등이 음식의 맛, 향, 영양을 변화시킵니다. 예컨데, 젖산균(Lactobacillus)은 유제품에서 발효를 일으켜 요구르트나 치즈를 만드는데, 젖당을 분해해 젖산을 생성함으로써 산미와 독특한 텍스처를 부여합니다. 효모(yeast)는 당분을 발효시켜 빵을 부풀게하거나, 맥주와 와인에서 알코올과 이산화탄소를 생성합니다. 이러한 발효 과정에서 미생물은 식품의 보존성을 높이고, 유익한 물질을 생성하여 인간의 건강에 긍정적인 영향을 미칩니다. 의약품 분야에서도 미생물의 활용은 필수적입니다. 대표적으로, 항생제(antibiotics)의 개발에 있어 미생물은 중요한 자원입니다. 최초의 항생제인 페니실린(penicillin)은 페니실리움(Penicillium)이라는 곰팡이에서 추출되었습니다. 이 외에도 많은 항생제가 미생물로부터 유래되었으며, 그들은 질병을 일으키는 병원균을 억제하거나 파괴하는데 중요한 역할을 합니다. 또한, 인슐린과 같은 생명공학 제품은 재조합 DNA 기술을 통해 대장균(E. coli)과 같은 미생물에서 대량 생산됩니다. 이는 당뇨병 환자의 치료에 필수적인 호르몬을 제공하는 중요한 사례입니다. 또한, 환경 정화 분야에서도 미생물의 역할은 두드러집니다. 미생물은 자연적인 생물 분해(biodegradation) 과정을 통해 오염 물질을 분해하고 제거하는 데 기여합니다. 예를 들어, 특정 박테리아는 석유와 같은 탄화수소를 분해할 수 있으며, 이는 유류 오염 사고에서 환경을 복원하는 데 중요한 역할을 합니다. 또한, 질소 고정균(nitrogen-fixing bacteria)은 공기 중의 질소를 고정하여 식물에게 이용 가능한 형태로 변환시켜 농업에서 중요한 역할을 합니다. 이러한 미생물들은 대기 중 온실가스를 줄이거나 폐수 속의 유해 물질을 제거하는 데도 사용됩니다.
학문 / 화학
24.09.10
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오염된 물을 정화 시킬 때 tv에서 보니, 하얀색 가루를 뿌리던데 이 하얀색 가루는 어떤 물체이길래, 오염 된 물을 정화시킬수 있는 건가요?
안녕하세요. 오염된 물을 정화할 때 사용되는 하얀색 가루는 대개 응집제(coagulant) 또는 흡착제(adsorbent)로 작용하는 물질입니다. 이 물질들은 물 속의 미세한 입자나 오염 물질들을 서로 응집시키거나 흡착하여 더 큰 덩어리를 형성하게 만듭니다. 그 결과, 물에 떠다니는 오염 물질들이 서로 결합하여 크기가 커지면, 침전이나 필터링을 통해 쉽게 제거할 수 있습니다. 가장 흔히 사용되는 하얀색 가루 형태의 물질로는 염화알루미늄(AlCl₃) 또는 황산알루미늄(Al₂(SO₄)₃) 등이 있습니다. 이러한 화합물들은 물 속에서 이온으로 분해되어 양전하를 띠는 알루미늄 이온을 방출하고, 이는 물 속의 미세한 부유물질이나 음전하를 띠는 오염 입자들과 결합하여 큰 덩어리를 형성하게 합니다. 이 과정은 응집(coagulation)이라고 불리며, 오염된 물에서 고체 부유물을 효과적으로 제거할 수 있습니다. 또한, 활성탄과 같은 흡착제도 하얀색 또는 회색 가루 형태로 사용되며, 이는 물 속의 유기물질이나 중금속을 흡착하여 물을 정화하는데 사용됩니다. 활성탄은 미세한 기공 구조를 가지고 있어, 오염 물질을 물리적으로 흡착하여 물을 정화하는 역할을 합니다.
학문 / 화학
24.09.10
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