안녕하세요. 강상우 전문가입니다.
화학공학
Q. 화학적안정된 상태에서의 이상기체상태 특성이 뭔지가 궁금합니다.
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.화학적 안정된 상태에서의 이상기체상태 특성은 다음과 같습니다.압력과 부피의 관계는 반비례 관계이다. 즉, 온도가 일정할 때, 압력이 증가하면 부피는 감소하고, 압력이 감소하면 부피는 증가합니다.압력과 온도의 관계는 비례 관계이다. 즉, 부피가 일정할 때, 압력이 증가하면 온도는 증가하고, 압력이 감소하면 온도는 감소합니다.부피와 온도의 관계는 비례 관계이다. 즉, 압력이 일정할 때, 부피가 증가하면 온도는 증가하고, 부피가 감소하면 온도는 감소합니다.이러한 특성은 이상기체의 성질을 나타내는 보일의 법칙, 샤를의 법칙, 아보가드로 법칙으로 설명할 수 있습니다.보일의 법칙은 압력과 부피의 관계를 나타내는 법칙으로, 일정한 온도에서 기체의 압력과 부피는 서로 반비례 관계에 있다는 것을 나타냅니다.샤를의 법칙은 압력과 온도의 관계를 나타내는 법칙으로, 일정한 부피에서 기체의 압력과 온도는 서로 비례 관계에 있다는 것을 나타냅니다.아보가드로 법칙은 부피와 온도의 관계를 나타내는 법칙으로, 일정한 압력에서 기체의 부피와 분자 수의 관계는 서로 비례 관계에 있다는 것을 나타냅니다.화학적 안정된 상태에서의 이상기체상태 특성은 기체의 성질을 이해하는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 특성을 이용하여 기체의 압력, 부피, 온도 사이의 관계를 설명하고, 다양한 기체의 성질을 예측할 수 있습니다.예를 들어, 공기 중에 있는 산소의 압력을 증가시키면, 산소 분자의 부피는 감소하게 됩니다. 이로 인해 산소의 밀도가 증가하여, 산소의 농도가 높아지게 됩니다. 따라서, 공기 중에 있는 산소의 압력을 증가시키면, 산소의 농도가 높아져서 질식의 위험이 증가하게 됩니다.
생물·생명
Q. 지구과학 용어 중에 나자식물문이 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.나자식물문(裸子植物門, Gymnospermae)은 종자식물 중에서 씨가 겉으로 드러나는 식물을 말합니다. 나자식물문의 이름은 씨가 겉씨(裸子)로 싸여 있지 않고, 겉으로 드러나 있기 때문에 붙여진 이름입니다.나자식물문은 약 3억 년 전에 출현한 것으로 추정되며, 현재 약 80속 630종이 알려져 있습니다. 나자식물문에는 은행나무, 소나무, 전나무, 측백나무, 주목 등이 속합니다.나자식물문의 특징은 다음과 같습니다.씨가 겉씨로 싸여 있지 않고, 겉으로 드러납니다.암술이 잎 모양으로 되어 있습니다.수분은 바람이나 곤충에 의해 이루어집니다.나자식물문은 지구상에 오랜 기간 동안 번성해 온 식물이지만, 현재는 속씨식물에 밀려 점차 쇠퇴하고 있습니다.은행나무는 나자식물문의 유일한 단형종입니다. 즉, 은행나무는 은행나무강, 은행나무목, 은행나무과, 은행나무속, 은행나무라는 단 하나의 분류군으로만 이루어져 있습니다. 따라서 은행나무는 살아있는 화석이라고 불리기도 합니다.
토목공학
Q. 신발에 홈이 있어야지 안미끌어진다고 하는데 원리가 뭔가요??
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.신발에 홈이 있어야 미끄러지지 않는 이유는 마찰계수 때문입니다. 마찰계수는 두 물체가 서로 접촉하고 있을 때, 서로 상대적으로 미끄러지지 않고 붙어 있는 정도를 나타내는 수치입니다. 마찰계수가 높을수록 두 물체가 서로 미끄러지기 어렵습니다.신발 바닥의 홈은 바닥과 신발의 접촉면적을 증가시켜 마찰계수를 높입니다. 바닥과 신발의 접촉면적이 넓을수록, 바닥과 신발 사이의 마찰력이 커지기 때문에 미끄러지기 어렵습니다.또한, 홈은 바닥의 액체나 물질을 배출하는 역할을 하여 미끄러짐을 방지합니다. 바닥에 액체나 물질이 묻어 있으면, 신발과 바닥 사이의 마찰력이 감소하여 미끄러지기 쉽습니다. 홈은 이러한 액체나 물질을 배출하여 바닥과 신발 사이의 마찰력을 증가시킵니다.따라서 신발 바닥에 홈이 있으면, 마찰계수가 높아져 미끄러짐을 방지할 수 있습니다.구체적으로, 신발의 홈은 다음과 같은 역할을 합니다.바닥과 신발의 접촉면적을 증가시켜 마찰계수를 높입니다.바닥의 액체나 물질을 배출하여 미끄러짐을 방지합니다.따라서, 미끄러운 곳에서 신발을 신어야 할 때는 홈이 있는 신발을 신는 것이 좋습니다.
지구과학·천문우주
Q. 문득 궁금해 지는데 노을이 질때 태양이 더 붉에 보이는건 왜그런 가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.노을이 질 때 태양이 더 붉게 보이는 이유는 빛의 산란 때문입니다.빛은 파장이 짧을수록 산란이 심하고, 파장이 길수록 산란이 적습니다. 따라서 파장이 짧은 푸른색 계열의 빛은 대기 중에서 많이 산란되어 우리의 눈에 도달하지 못하고, 파장이 긴 붉은색 계열의 빛만이 우리의 눈에 도달하게 됩니다.태양이 하늘 높이 떠 있을 때는 빛이 대기를 통과하는 거리가 짧기 때문에, 푸른색 계열의 빛도 우리의 눈에 도달할 수 있습니다. 하지만 태양이 지평선 근처에 있을 때는 빛이 대기를 통과하는 거리가 길어지기 때문에, 푸른색 계열의 빛은 대부분 대기 중에서 산란되어 사라지고, 붉은색 계열의 빛만이 우리의 눈에 도달하게 됩니다.따라서 태양이 지평선 근처에 있을 때는 푸른색 계열의 빛이 적고, 붉은색 계열의 빛이 많기 때문에 태양이 붉게 보이는 것입니다.이러한 현상은 태양만이 아니라, 다른 천체들도 지평선 근처에 있을 때 붉게 보이는 이유이기도 합니다.또한, 대기 중에 미세먼지와 같은 입자가 많은 경우에도 노을이 더 붉게 보일 수 있습니다. 이는 미세먼지와 같은 입자가 빛을 산란시키는 역할을 하기 때문입니다.따라서 비온 뒤에 노을이 더 붉게 보이는 것은 비로 인해 대기 중의 미세먼지와 같은 입자가 제거되었기 때문입니다.
생물·생명
Q. 지표생물이라는 말을 들었는데 무엇인가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.지표생물(指標生物)은 특정 지역의 환경 상태를 나타내는 생물을 말합니다. 지표생물은 해당 지역의 환경 조건에 민감하게 반응하기 때문에, 그 종의 존재 여부나 분포 상태를 통해 해당 지역의 환경 상태를 파악할 수 있습니다.지표생물은 크게 환경 지표생물과 생태계 지표생물으로 나뉩니다.환경 지표생물은 환경 조건의 변화에 민감하게 반응하는 생물을 말합니다. 예를 들어, 수질 오염에 민감한 곤충이나, 대기 오염에 민감한 식물 등이 환경 지표생물에 해당합니다.생태계 지표생물은 생태계의 건강 상태를 나타내는 생물을 말합니다. 예를 들어, 먹이사슬의 상위 포식자나, 특정 서식지에만 서식하는 생물 등이 생태계 지표생물에 해당합니다.지표생물은 환경 모니터링, 생태계 보전, 환경 교육 등의 분야에서 활용됩니다.예를 들어, 환경청에서는 수질 오염을 측정하기 위해 열목어와 쉬리 등의 지표생물을 활용하고 있습니다. 열목어와 쉬리는 수질 오염에 민감한 생물로, 이들이 서식하지 않는 지역은 수질 오염이 심각한 것으로 판단됩니다.또한, 국립생태원은 한국의 생태계 보전을 위해 지표생물을 선정하고 있습니다. 지표생물은 생태계의 건강 상태를 파악하는 데 중요한 역할을 하기 때문에, 이를 통해 생태계 보전 정책을 수립하고 시행하는 데 활용될 수 있습니다.
토목공학
Q. 면섬류가 화학섬류나 다른 섬유에 비해 좋은 점은 무엇이 있나요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.면섬류는 식물성 섬유로, 자연에서 얻을 수 있는 섬유입니다. 화학섬류는 석유나 천연가스와 같은 화학물질을 사용하여 만든 섬유입니다.면섬류가 화학섬류에 비해 좋은 점은 다음과 같습니다.흡습성이 뛰어나다. 면섬유는 수분을 흡수하는 능력이 뛰어나기 때문에 땀을 잘 흡수하고 건조가 빠릅니다. 따라서 땀을 많이 흘리는 여름철에 특히 좋습니다.통기성이 좋다. 면섬유는 공기가 잘 통하기 때문에 피부가 숨을 쉴 수 있습니다. 따라서 답답하지 않고 쾌적한 착용감을 제공합니다.탄성이 좋다. 면섬유는 탄성이 좋아서 늘어나도 쉽게 찢어지지 않습니다. 따라서 오래도록 사용할 수 있습니다.친환경적이다. 면섬유는 자연에서 얻을 수 있는 섬유이기 때문에 화학섬유에 비해 친환경적입니다.이러한 장점들로 인해 면섬류는 옷, 이불, 수건, 인형 등 다양한 용도로 사용되고 있습니다.구체적으로, 면섬류의 착용감이 좋은 이유는 다음과 같습니다.흡습성으로 인해 땀을 잘 흡수하고 건조가 빠르기 때문에 땀을 흘려도 끈적끈적하거나 불쾌한 느낌이 들지 않습니다.통기성으로 인해 피부가 숨을 쉴 수 있기 때문에 답답하지 않고 쾌적한 착용감을 제공합니다.탄성으로 인해 늘어나도 쉽게 찢어지지 않기 때문에 편안하고 안정적인 착용감을 제공합니다.따라서 땀을 많이 흘리는 여름철이나 피부 자극에 민감한 경우, 면섬류 제품을 사용하는 것이 좋습니다.
화학공학
Q. 화학 용어 중에 중수소가 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.중수소는 수소의 동위원소 중 하나로, 양성자 1개와 중성자 1개로 이루어져 있습니다. 자연계에 존재하는 수소의 156,000분의 1에 불과한 매우 희귀한 원소입니다.중수소는 반도체 산업에서 열처리 가스로 사용됩니다. 반도체 웨이퍼는 제조 과정에서 다양한 물리화학적 스트레스를 받게 되는데, 중수소를 이용한 열처리로 이러한 스트레스를 제거하고 특성을 향상시킬 수 있습니다.효성화학은 국내 최초로 중수소 생산설비와 기술 국산화에 성공했으며, 연산 10톤의 생산 능력을 보유하고 있습니다.중수소의 주요 용도는 다음과 같습니다.반도체 산업의 열처리 가스핵융합 발전의 연료자기공명영상(MRI)의 조영제핵폭탄의 원료중수소는 반도체 산업, 핵융합 발전, 의료, 국방 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 미래 자원입니다.
지구과학·천문우주
Q. 구름은 어떤성분으로 왜 만들어지나요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.구름은 공기 중의 수증기가 냉각되어 응결하여 만들어집니다. 공기 중의 수증기는 태양열에 의해 가열되어 증발하여 대기 중으로 올라갑니다. 올라간 수증기는 공기의 온도가 낮아지면서 냉각되어 물방울이나 얼음 결정으로 응결하게 됩니다.구름은 크게 물방울 구름과 얼음 구름으로 나눌 수 있습니다. 물방울 구름은 공기의 온도가 0℃ 이상인 경우에 형성되는 구름으로, 일반적으로 우리가 볼 수 있는 구름입니다. 얼음 구름은 공기의 온도가 0℃ 이하인 경우에 형성되는 구름으로, 눈, 우박, 서리 등의 형태로 비가 내릴 수 있습니다.비가 오는 것은 구름에 있는 물방울이나 얼음 결정이 중력에 의해 떨어지는 현상입니다. 구름에 있는 물방울이나 얼음 결정은 크기가 작으면 공기의 저항에 의해 떨어지지 않고 공기 중에서 떠다니게 됩니다. 하지만, 물방울이나 얼음 결정이 일정 크기 이상으로 커지면 공기의 저항을 이기고 떨어지게 됩니다.따라서, 비가 많이 오면 구름에 있는 물방울이나 얼음 결정이 많이 떨어지게 되어 구름이 점점 사라지게 됩니다. 하지만, 비가 오지 않더라도 구름은 계속해서 수증기가 공급되어 생성되므로, 구름이 완전히 사라지는 일은 없습니다.구름의 구성 성분은 크게 수증기와 입자로 나눌 수 있습니다. 수증기는 구름의 주요 구성 성분으로, 90% 이상을 차지합니다. 입자는 구름의 모양과 형태를 결정하는 역할을 하는데, 먼지, 소금, 꽃가루, 화산재, 생물체 등 다양한 물질이 포함될 수 있습니다.구름은 지구의 기후와 날씨에 중요한 영향을 미칩니다. 구름은 태양의 빛을 반사하여 지구의 온도를 조절하는 역할을 하며, 비, 눈, 우박, 서리 등의 형태로 강수량을 조절하는 역할을 합니다.
화학
Q. 미생물을 이용한 배양을 할 때 대부분 배지의 원료로써 질소원이 들어가는데요 이 질소원은 어떤 역할을 하기에 필수 요소 인가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.미생물은 단백질, 핵산, 효소 등의 구성 성분으로 질소를 필요로 합니다. 따라서 미생물 배양을 위해서는 질소원을 배지에 포함시켜야 합니다.질소원은 크게 무기질소원과 유기질소원으로 나눌 수 있습니다.무기질소원은 질산염(NO3-), 아질산염(NO2-), 암모늄(NH4+) 등이 있습니다. 무기질소원은 미생물에 의해 쉽게 흡수될 수 있는 형태로 되어 있습니다.유기질소원은 단백질, 아미노산, 펩톤 등이 있습니다. 유기질소원은 무기질소원에 비해 흡수 속도가 느리지만, 미생물의 영양소로 더 효율적으로 사용될 수 있습니다.미생물 배지의 질소원 농도는 미생물의 종류, 배양 조건 등에 따라 다릅니다. 일반적으로 무기질소원은 1~100mg/L, 유기질소원은 10~1000mg/L 정도의 농도를 사용합니다.질소원이 부족하면 미생물의 성장이 저하되거나, 단백질 합성이 제대로 이루어지지 않아 세포의 구조나 기능에 이상이 발생할 수 있습니다. 따라서 미생물 배양을 위해서는 질소원을 적절한 농도로 포함시켜야 합니다.질소원이 미생물 배양에 필수적인 요소인 이유는 다음과 같습니다.단백질, 핵산, 효소 등의 구성 성분으로 사용되기 때문입니다.미생물의 성장과 생존에 필수적인 에너지원인 ATP의 합성에 사용되기 때문입니다.세포막, 세포벽 등의 구성 성분으로 사용되기 때문입니다.질소원은 미생물 배양에서 매우 중요한 요소이기 때문에, 배지를 조성할 때 적절한 농도로 포함시키는 것이 중요합니다.
화학
Q. 옥수수를 기반으로 바이오에탄올을 만들수 있다고 하는데요 어떤 과정을 거치길래 옥수수를 에탄올로 만들 수 있는 건가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.옥수수를 기반으로 바이오에탄올을 만드는 과정은 크게 전처리, 발효, 증류의 세 단계로 나눌 수 있습니다.전처리 단계에서는 옥수수를 분쇄하여 전분을 추출합니다. 옥수수는 주로 탄수화물로 이루어져 있는데, 그 중에서도 전분이 가장 많은 비율을 차지합니다. 전분은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌으로 이루어져 있는데, 이 중에서 전분만이 발효에 사용될 수 있습니다. 따라서, 전처리 단계에서는 옥수수의 껍질, 배아, 섬유질 등을 제거하고, 전분만을 추출해야 합니다.발효 단계에서는 전분을 포도당으로 분해합니다. 포도당은 효모가 발효하여 에탄올을 생성하는 데 필요한 원료입니다. 발효에는 효모를 사용하는데, 효모는 포도당을 에탄올과 이산화탄소로 분해하는 능력을 가지고 있습니다.증류 단계에서는 발효된 액체에서 에탄올을 분리합니다. 증류는 액체의 끓는점을 이용하여 액체를 분리하는 방법입니다. 에탄올의 끓는점은 물의 끓는점보다 낮기 때문에, 에탄올을 포함한 액체를 가열하면 에탄올이 먼저 증발하게 됩니다. 증발한 에탄올은 응축되어 액체 상태로 다시 모이게 됩니다.옥수수를 기반으로 바이오에탄올을 만드는 공정은 다음과 같이 요약할 수 있습니다.옥수수 → 전처리 → 전분 추출 → 발효 → 포도당 생성 → 증류 → 에탄올 분리옥수수를 기반으로 바이오에탄올을 생산하는 것은 화석 연료를 대체할 수 있는 친환경적인 에너지원을 생산하는 방법으로 주목받고 있습니다.