안녕하세요. 강상우 전문가입니다.
화학공학
Q. 화학 용어 중에 임계마이셀농도가 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.임계마이셀농도(CMC, Critical Micelle Concentration)는 계면활성제의 수용액에서 미셀이 형성되기 시작하는 계면활성제의 농도를 말합니다. 즉, 물에 계면활성제를 투입하게 되면 계면활성제는 친유성 부분 때문에 물속에 존재하기 힘듭니다. 그러나 일정 농도 이상이 되면 계면활성제 분자들이 서로 결합하여 친수성 부분은 물 쪽으로, 친유성 부분은 물과 섞이지 않는 물질 쪽으로 향한 구형의 구조를 형성하게 됩니다. 이러한 구조를 미셀이라고 합니다.임계마이셀농도는 계면활성제의 구조, 온도, pH 등에 따라 달라집니다. 일반적으로 계면활성제의 구조가 친수성 부분과 친유성 부분의 길이가 비슷할수록, 온도가 높을수록, pH가 중성일수록 임계마이셀농도가 낮아집니다.임계마이셀농도는 미셀제제의 특성을 평가하는 데 중요한 지표입니다. 임계마이셀농도가 낮을수록 미셀의 형성이 쉽고, 미셀의 크기가 작아져서 미셀 내부에 있는 약물이 체내로 잘 흡수될 수 있습니다.따라서 식약처에서 체내에서 잘 녹는 복제약 개발을 지원하는 과정에서 미셀제제의 특성을 입증하기 위해서는 임계마이셀농도를 측정하는 것이 필요합니다.
지구과학·천문우주
Q. 태풍이 발생 원리는 어떤 것인지 알고 싶어요.
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.태풍은 열대 지방의 따뜻한 바다에서 발생하는 강력한 열대 저기압입니다. 태풍이 발생하기 위해서는 다음과 같은 조건이 필요합니다.적도 부근의 따뜻한 바다: 태풍은 바다로부터 증발한 수증기를 에너지원으로 사용하기 때문에, 수온이 26℃ 이상인 따뜻한 바다에서 발생합니다.대기 불안정성: 태풍은 대기의 불안정으로 인해 발생합니다. 대기 불안정이란, 대기의 상하층 사이에 온도 차이가 큰 것을 의미합니다. 이러한 온도 차이로 인해 공기의 밀도가 달라지고, 공기의 밀도가 낮은 곳으로 공기가 이동하면서 대류가 발생합니다.적도 부근의 강한 바람: 태풍은 강한 바람의 영향을 받아 발생합니다. 적도 부근의 바람은 지구의 자전으로 인해 발생하는 편서풍입니다. 편서풍은 적도 부근에서 북반구에서는 동쪽에서 서쪽으로, 남반구에서는 서쪽에서 동쪽으로 불어옵니다. 이러한 편서풍이 태풍의 형성에 중요한 역할을 합니다.이러한 조건이 모두 갖추어지면, 열대 대기권에서 대류 구름이 형성되기 시작합니다. 대류 구름은 더운 공기가 위로 올라가면서 찬 공기와 만나서 응결하면서 만들어집니다. 대류 구름이 점점 커지면서 저기압이 형성되고, 저기압이 더욱 강해지면서 태풍이 됩니다.태풍은 바다로부터 증발한 수증기를 공급받아 강도를 유지하면서 고위도로 이동합니다. 태풍이 육지에 상륙하면, 육지의 지표면과 마찰하면서 에너지를 잃고 점차 약화되다가 소멸하게 됩니다.태풍은 지구의 열 균형을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 태풍은 열대 지방의 따뜻한 공기를 고위도로 이동시키면서, 열대 지방의 기온을 낮추고 고위도의 기온을 높여줍니다. 또한, 태풍은 많은 비를 내리면서 지구의 수분 순환에 기여합니다.태풍은 때때로 큰 피해를 입힐 수 있습니다. 태풍으로 인한 피해로는 강풍, 폭우, 해일, 홍수 등이 있습니다. 따라서 태풍이 발생하면, 피해를 최소화하기 위해 철저한 대비가 필요합니다.
지구과학·천문우주
Q. 비행기를 타고 갈때 귀가 막히는건 어떤 과학적 이유때문인가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.비행기 이륙 후 귀가 막히는 현상은 항공성 중이염이라고 합니다. 이는 비행기의 고도가 높아지면서 외부 기압이 낮아지고, 이에 따라 중이의 압력이 외부 기압보다 낮아지기 때문에 발생합니다.우리의 귀는 고막을 기준으로 내부와 외부로 나뉘어 있습니다. 내부는 중이, 외이는 외이도와 외이강으로 구성되어 있습니다. 중이에는 고막과 달팽이관이 있으며, 외이도는 외부와 중이 사이를 연결하는 통로입니다.비행기 이륙 시, 비행기는 지상에서 고도가 높아질수록 외부 기압이 낮아집니다. 이때, 중이의 압력은 지상의 대기압에 맞춰져 있기 때문에, 중이의 공기가 외부로 빠져나가면서 중이의 압력이 외부 기압보다 낮아집니다.중이의 압력이 외부 기압보다 낮아지면, 고막이 외부로 부풀어 오르게 됩니다. 이로 인해 귀가 막히고 소리가 잘 들리지 않는 증상이 나타납니다. 심한 경우 통증이 발생할 수도 있습니다.이러한 현상을 예방하기 위해서는 다음과 같은 방법을 시도해 볼 수 있습니다.껌이나 사탕을 씹는다.하품한다.코를 막고 입을 벌려서 숨을 내쉰다.껌이나 사탕을 씹으면, 중이의 압력을 높이는 데 도움이 됩니다. 하품은 중이의 공기를 외부로 배출하는 데 도움이 됩니다. 코를 막고 입을 벌려서 숨을 내쉬면, 중이의 공기를 외부로 배출하고 동시에 중이의 압력을 높이는 데 도움이 됩니다.항공성 중이염을 예방하기 위해서는 비행기 이륙 시부터 이러한 방법을 미리 시도해 보는 것이 좋습니다.
화학
Q. 활성산소는 일반적인 산소와 무엇이 다른가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.흔히 자연에 퍼져있는 산소는 화학적으로 안정된 상태의 산소입니다. 이 산소는 전자가 두 개씩 쌍을 이루고 있어, 다른 분자나 원자와 쉽게 결합하지 않습니다. 따라서 산소 자체는 다른 물질에 해를 끼치지 않습니다.반면, 활성산소는 화학적으로 불안정한 상태의 산소입니다. 이 산소는 전자가 한 개만 있거나, 두 개가 쌍을 이루지 않은 상태입니다. 따라서 다른 분자나 원자와 쉽게 결합하여, 세포막, DNA, 단백질 등 세포의 구조를 손상시킬 수 있습니다.활성산소는 크게 두 가지 경로로 생성됩니다. 하나는 호흡 과정에서 생성되는 것입니다. 산소가 세포 내에서 에너지를 생성하는 과정에서, 일부 산소가 불안정한 상태로 변하게 됩니다. 또 다른 하나는 외부 환경으로부터 생성되는 것입니다. 자외선, 방사선, 화학물질 등이 산소를 불안정한 상태로 만들 수 있습니다.활성산소는 우리 몸에서 다양한 역할을 합니다. 예를 들어, 면역 반응에서 병원균을 공격하는 데 사용됩니다. 또한, 세포의 신호 전달과 항상성 유지에도 관여합니다.그러나 활성산소가 너무 많이 생성되면, 세포 손상을 일으켜 다양한 질병을 유발할 수 있습니다. 대표적인 질병으로는 노화, 암, 심장 질환, 뇌졸중 등이 있습니다.화학적으로 만들어진 활성산소 이외에도, 자연에서도 활성산소가 존재합니다. 예를 들어, 공기 중에는 오존, 과산화수소 등이 활성산소의 일종입니다. 또한, 식물과 동물의 세포에서도 활성산소가 생성됩니다.활성산소의 생성을 줄이기 위해서는 건강한 식단을 유지하고, 규칙적인 운동을 하는 것이 도움이 됩니다. 또한, 스트레스를 줄이고, 충분한 수면을 취하는 것도 중요합니다.
화학
Q. 핵물질도 태양에 가까이 가면 녹을 수도 있나요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.핵물질의 경우, 태양처럼 매우 높은 온도에 닿게 되면 핵분열이 일어나면서 방사능을 방출합니다. 따라서 태양으로 핵무기를 쏘아 분해시킨다는 것은 현실적으로 불가능합니다.핵분열은 핵 안에 있는 중성자가 다른 중성자를 충돌시켜 핵분열을 일으키는 과정입니다. 이때 방출되는 에너지는 매우 크기 때문에, 태양과 같은 고온 환경에서는 핵분열이 더욱 촉진됩니다. 따라서 핵무기를 태양으로 쏘아도, 오히려 핵분열이 더욱 심해져 더 많은 방사능을 방출하게 됩니다.핵물질에서 나오는 유해물질은 핵분열에 의해 생성되는 방사성 물질입니다. 이 물질들은 방사선을 방출하여 인체에 해를 끼칠 수 있습니다. 따라서 핵물질을 안전하게 처리하기 위해서는 방사성 물질을 분리하여 격리하는 것이 중요합니다.방사성 물질은 열에 의해 분해될 수 있습니다. 그러나 핵물질에서 나오는 방사성 물질은 매우 안정적이기 때문에, 일정 온도 이상의 열을 만나도 분해되지 않습니다. 따라서 핵물질에서 나오는 유해물질도 일정 온도 이상의 열을 만나면 소멸될 가능성은 없습니다.다만, 핵물질을 녹여서 유해물질을 분리하는 방법은 있습니다. 핵물질은 매우 높은 온도에서 녹기 때문에, 핵물질을 녹여서 유해물질을 분리한 다음, 핵물질은 재활용하고 유해물질은 격리하는 방법이 가능합니다.
화학
Q. 게이지압력에 대해 정리해서 질문?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.사람의 맥박을 잰 것은 인체 내부의 변화를 고려한 대기압과의 차이를 표시하는 것이 맞습니다.게이지압력은 대기압을 기준으로 측정한 압력입니다. 따라서 대기압이 다른 곳에서는 게이지압력도 달라집니다. 예를 들어, 수심 20미터의 지점에서 맥박을 재면, 대기압이 2atm이므로 게이지압력은 6atm - 2atm = 4atm이 됩니다.그러나 절대압력은 완전 진공을 기준으로 측정한 압력입니다. 따라서 절대압력은 대기압에 영향을 받지 않습니다. 예를 들어, 수심 20미터의 지점에서 맥박을 재면, 절대압력은 여전히 6atm입니다.결국, 사람이나 동물의 맥박은 인체 내부의 혈압을 측정한 것입니다. 혈압은 인체 내부의 압력으로, 대기압과는 관계가 없습니다. 따라서 맥박을 잰 것은 인체 내부의 변화를 고려한 대기압과의 차이를 표시하는 것이 맞습니다.다만, 맥박을 측정하는 장비는 대기압을 고려하여 게이지압력으로 표시하는 경우가 많습니다. 따라서 맥박을 측정할 때는 측정 장비의 설명서를 참조하여 대기압을 고려하여야 합니다.
지구과학·천문우주
Q. 우리나라에 공룡 발자국 화석이 많이 발견되는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.우리나라에 공룡 발자국 화석이 많이 발견되는 이유는 크게 두 가지로 볼 수 있습니다.첫째, 우리나라의 남쪽 지방은 중생대 백악기 무렵에 형성된 퇴적층으로 덮여 있습니다. 이 퇴적층은 공룡이 가장 활발하게 활동했던 시기의 지층으로, 공룡의 발자국이 잘 보존될 수 있는 환경을 제공합니다.둘째, 우리나라는 화산 활동이 활발했던 지역이었습니다. 화산 폭발 등으로 퇴적층이 열변성 작용을 받아 단단하게 구워지면서, 공룡 발자국이 더욱 잘 보존될 수 있었습니다.우리나라에서 공룡 발자국 화석이 발견된 곳은 경상남도, 경상북도, 전라남도 등 남쪽 지방에 집중되어 있습니다. 그 중에서도 경상분지는 우리나라에서 가장 많은 공룡 발자국 화석이 발견된 곳으로, 상족암군립공원, 덕명리, 서유리 등이 유명한 공룡 발자국 화석 산지입니다.우리나라에서 발견된 공룡 발자국 화석은 다양한 종류와 크기를 보여줍니다. 초식 공룡, 육식 공룡, 익룡 등 다양한 공룡의 발자국이 발견되었으며, 아기 공룡의 발자국, 함께 걷던 공룡의 발자국 등도 발견되어 공룡의 생태에 대한 연구에 중요한 자료가 되고 있습니다.
화학
Q. 탄수화물을 섭취후 칼로리 소모를 다 못하면, 지방으로 되는 과정이 궁금합니다.
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.탄수화물은 우리 몸의 주요 에너지원으로, 혈당을 올려주는 역할을 합니다. 탄수화물을 섭취하면 소장에서 분해되어 포도당으로 바뀌고, 포도당은 혈액을 통해 전신으로 운반됩니다.포도당은 우리 몸의 세포에서 에너지원으로 사용됩니다. 세포는 포도당을 분해하여 ATP라는 에너지를 생성합니다. ATP는 우리 몸의 모든 활동에 필요한 에너지원으로 사용됩니다.하지만, 섭취한 탄수화물이 우리 몸의 에너지원으로 사용되지 못하면, 지방으로 변하여 체내에 축적됩니다.탄수화물이 지방으로 변하는 과정은 다음과 같습니다.탄수화물은 혈액을 통해 간으로 운반됩니다.간에서 탄수화물은 글리코겐이라는 형태로 저장됩니다.글리코겐은 에너지가 필요할 때 분해되어 포도당으로 바뀝니다.포도당은 에너지원으로 사용되지 못하면, 지방으로 합성됩니다.탄수화물이 지방으로 변하는 데에는 인슐린이 중요한 역할을 합니다. 인슐린은 혈당을 낮추는 역할을 하는 호르몬입니다. 인슐린은 혈액 속의 포도당을 세포 안으로 이동시키는 역할을 합니다.탄수화물을 많이 섭취하면 혈당이 높아집니다. 이때, 인슐린이 분비되어 혈당을 낮추기 위해 작용합니다. 인슐린은 혈액 속의 포도당을 세포 안으로 이동시키지만, 세포가 포도당을 모두 사용하지 못하면, 남은 포도당은 지방으로 합성됩니다.또한, 운동을 하지 않으면 체내에 에너지가 부족해집니다. 이때, 몸은 저장된 에너지원을 사용하게 됩니다. 탄수화물이 먼저 사용되고, 남은 에너지원은 지방으로 사용됩니다.따라서, 탄수화물을 많이 섭취하고 운동을 하지 않으면, 탄수화물이 지방으로 변하여 체내에 축적될 수 있습니다.체지방 축적을 예방하기 위해서는 다음과 같은 방법을 실천하는 것이 좋습니다.탄수화물 섭취량을 적절히 조절합니다.규칙적으로 운동을 합니다.과식을 피합니다.균형 잡힌 식사를 합니다.
전기·전자
Q. 고속철도인 KTX는 어떤 에너지를 통해 동력을 얻나요??
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.KTX도 지하철과 마찬가지로 전기 에너지로 동력을 얻습니다. KTX는 교류 25,000V, 60Hz의 전기를 사용합니다. 이 전기는 가공선(架空線)에서 공급받습니다. 가공선은 KTX 선로 위에 설치된 전선으로, 전력회사에서 공급하는 전기를 KTX로 전달하는 역할을 합니다.KTX의 동력 장치는 모터와 인버터로 구성되어 있습니다. 모터는 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하여 열차를 구동합니다. 인버터는 교류 전기를 직류 전기로 변환한 다음, 다시 교류 전기로 변환하여 모터에 공급합니다. 인버터는 모터의 효율을 높이고, 주파수를 제어하여 열차의 속도를 조절하는 역할을 합니다.KTX의 동력 방식은 지하철과 크게 다르지 않습니다. 하지만, KTX는 고속으로 운행하기 때문에, 지하철보다 더 강력한 모터와 인버터를 사용합니다. 또한, KTX는 지하철보다 더 가벼운 차체를 사용하기 때문에, 더 효율적으로 동력을 전달할 수 있습니다.
기계공학
Q. 실수로 인해 발명된것중 최고의 제품은 무엇일까요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.과학자들은 새로운 것을 발견하기 위해 노력합니다. 하지만, 새로운 것을 발견하는 과정에서 실수가 발생할 수 있습니다. 이러한 실수로 인해 새로운 제품이 탄생하기도 합니다.실수로 만들어진 제품은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.우연히 발견된 제품이기 때문에, 기존의 관념이나 이론을 뛰어넘는 경우가 많습니다.실험이나 연구 과정에서 우연히 발견되었기 때문에, 개발 과정이 짧고 비용이 적게 듭니다.실수로 만들어졌기 때문에, 시장에서 성공할 가능성이 높습니다.실수로 만들어진 제품 중에는 다음과 같은 것들이 있습니다.항생제: 1928년 영국의 세균학자 알렉산더 플레밍은 페니실린균을 발견했습니다. 플레밍은 실험실에서 우연히 페니실린균이 세균을 죽이는 것을 발견했습니다. 페니실린은 최초의 항생제로, 오늘날 전 세계적으로 사용되고 있습니다.플라스틱: 1869년 영국의 화학자 알렉산더 파커는 우연히 셀룰로이드라는 플라스틱을 발명했습니다. 셀룰로이드는 다양한 용도로 사용되고 있으며, 현대 사회에 없어서는 안될 물질이 되었습니다.무선 전신: 1895년 이탈리아의 물리학자 구글리엘모 마르코니는 우연히 무선 전신을 발명했습니다. 마르코니는 실험실에서 전류를 보내는 과정에서 무선 전신이 작동하는 것을 발견했습니다. 무선 전신은 오늘날 통신의 필수 요소가 되었습니다.이러한 제품들은 모두 실수로 만들어졌지만, 세상을 바꾸는 혁신적인 제품으로 자리 잡았습니다. 따라서, 최고의 제품은 실수로 만들어진 제품이라고 할 수 있습니다.물론, 모든 실수는 좋은 결과를 가져오는 것은 아닙니다. 하지만, 실수로 만들어진 제품은 기존의 관념이나 이론을 뛰어넘는 경우가 많으며, 세상을 바꿀 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.