안녕하세요 김도건 전문가입니다.
전기·전자
Q. Led등이 전기소모가 더 적은가요?
LED 등은 저전력, 고효율의 조명기기입니다. 기존 백열전구와 비교했을 때 소비전력은 10~15%에 불과하지만, 밝기는 훨씬 밝습니다. 광효율(빛이 소비되는 전기량에 비례한 빛의 밝기 정도)을 따졌을 때도 백열등이나 형광등에 비해 60~70%가량 높습니다. 그래서 백열등을 사용할 때보다 전기세를 전기요금의 20%~50%, 많게는 최대 90%까지 절감할 수 있는 것이죠.LED 조명의 전력소모가 적은 이유는 다음과 같습니다.반도체는 발광 다이오드(LED)에서 발견됩니다. 반도체는 접합부 역할을 하여 전기 에너지를 필터링하고 부산물로 빛을 방출합니다. 따라서 사전에 별도의 광 생성 부하(예: 필라멘트)에 전원을 공급할 필요 없이 광원 입력에서 즉시 빛이 방출됩니다. 결과적으로 LED는 경쟁 기술보다 전력 소비가 적습니다. 다른 발광 기술(예: 백열 전구, 네온 조명, 할로겐 램프)은 금속이나 가스와 같은 요소가 빛을 생성하기 위해 먼저 가열되어야 하기 때문에 상당한 에너지 손실을 나타냅니다.
지구과학·천문우주
Q. 상공 8km에서 떨어졌을때 가벼운 물체와 무거운 물체 중 뭐가 먼저 떨어지나요
만약 공기의 저항이 없다면 모든 물체는 무게에 상관없이 동시에 떨어지게 됩니다. 모든 물체에 작용하는 중력의 크기(=mg)는 떨어지는 물체의 질량에 비례하는데, 뉴턴의 운동 제2법칙인 F=ma에 이를 적용하여 보면, mg=ma와 같은 결과가 얻어지므로 물체의 가속도는 a=g로 물체의 질량과는 관계가 없으므로 질량으로 인한 효과는 상쇄됩니다. 그러면 공기저항이 있는 실제 실험에서 가벼운 깃털과 동전을 동시에 떨어뜨렸을 때 동전이 먼저 떨어지는 현상은 어떻게 설명할 수 있을까요? 이 질문에 대한 해답은 공기의 저항에 있습니다. 그렇다고 동전은 안 받는 공기의 저항을 깃털만 받는다는 뜻이 아니라 공기의 저항에 대해서 깃털이 더 큰 영향을 받는다는 것입니다. 극단적으로 웬만한 상승기류에 동전이 밀려 올라가는 경우는 없지만 깃털은 쉽게 올라갑니다.
화학
Q. 아세트산에 대해 궁금한점이 있습니다
식초와 빙초산 모두 구조적으로 화학식이 아세트산(CH3COOH)으로 동일합니다. 일반적인 식초는 곡물이나 과일 등을 일정 시간 발효시켜 만들어지는 천연 조미료이고 식용으로 판매되는 빙초산은 음식점에서 많이 사용하는 공업용 초산입니다. 빙초산을 그냥 먹거나 피부에 바르면 물론 해가 됩니다. 그 유해성은 농도가 높아서이지 물질 그 자체가 해로워서가 아닙니다. 빙초산을 물로 희석하면 이미 그것은 빙이 아닌 그냥의 초산용액이 되고, 초산은 우리 몸에 중요한 에너지원으로도 작용할 수 있습니다. 한 분자가 대사되면 포도당의 약 1/2, 에타놀(술의 에틸알코올) 한 분자와 거의 맞먹은 열량을 내기때문에 물질이 화학적으로 합성했다고 해서 반드시 나쁜 것이 아닙니다. 우리가 먹는 약품의 대부분이 석유제품을 재료로 해서 합성한 것들이기도 합니다.
물리
Q. 몸으로만 잠을 깨는 방법이 있을까요?
우리 몸에서 가장 민감한 부위의 정답은 혀끝입니다. 혀끝은 1㎜ 간격으로 점을 설정해 자극을 가하더라도 확실하게 2개의 점을 구별해 느낄 수 있을 정도입니다. 많은 사람들에게 민감한 부위를 물으면 은밀한 곳이라고 대답을 하시는 분들도 많이 있습니다. 많은 분들이 민감한 것으로 믿고 있는 그곳의 경우 민감도에 대한 데이터가 없기 때문에 혀끝과 비교하는 것 자체가 불가능합니다.하지만 잠을 깨는데 있어서는 심리적인 요인도 적용할 것이기 때문에 혀끝보다 은밀한곳에 자극을 주면 잠이 더 많이 깰 것입니다.
물리
Q. 파스가 근육통을 완화시키는 과학적 원리?
기본적으로 파스는 먹는 진통제와 비슷한 작용을 하게 됩니다. 몸을 다치면 몸속에 있는 세포는 프로스타글란딘이라는 물질을 만들어냅니다. 프로스타글란딘은 염증을 만들어내고 통증을 느끼게 합니다. 진통제 성분이 몸에 들어가면 진통제가 프로스타글란딘이 만들어지는 것을 방해하기 때문에 통증이 느껴지지 않게 됩니다. 파스의 원리도 이와 같습니다. 파스를 붙이게 되면 해당 부위에 진통제 성분이 들어가면서 통증이 느껴지지 않게 됩니다. 근육통이 생기면 가만히 있는 것보다 가볍게 운동을 하거나 마사지를 해주는 것이 좋은데 파스를 붙이게 되면 파스 성분 덕분에 통증이 사라지고 고통 없이 해당 부위를 움직일 수 있게 되면서 자연스럽게 마사지 효과를 받아 근육통이 치료되는 것입니다. 즉 파스는 근육통을 직접적으로 치료하는 것이 아니라 통증이 느껴지지 않게 하는 역할인 것입니다.
전기·전자
Q. 수소 연료 자동차의 원리에 대해 궁금합니다
H₂(수소), O₂(산소), e(전자), H₂O(물)수소반응: 2H₂ -> (4H+) + (4e-)산소반응: O₂ + (4H+) + (4e-) -> 2H₂O수소전기차는 수소와 산소의 전기화학반응을 통해 발생한 전기를 동력원으로 사용합니다. 부산물로는 순수한 물만 배출됩니다. 수소탱크에서 공급된 수소와 외부의 공기에서 공급된 산소는 수소전기차의 연료전지에서 만나 전기와 순수한 물을 생산합니다. 전기는 동력원으로 사용되고, 물은 밖으로 배출됩니다.
전기·전자
Q. 무선 충전 원리에 대해서 알려 주세요
무선충전의 개략적 원리는 둥그렇게 말아 놓은 코일에 강한 전류를 흘리면 자성이 생성되는데 이렇게 생긴 자성은 다른 코일을 가까이 대면 그쪽으로 전달됩니다. (변압기의 원리와 동일합니다.)즉, 둥글에 말아놓은 코일에 강한전류 -> 자성(자기력) 발생 -> 옆에 코일로 자성 전달 -> 전류발생이 되는 원리 입니다.
토목공학
Q. 싱크홀이 생기는 과정이 궁금합니다.
싱크홀의 원인은 지하수 때문입니다. 땅속에는 지층 등이 어긋나며 길게 균열이 나 있는 지역(균열대)이 있는데, 이곳을 지하수가 채우다가 사라지면 빈 공간이 생기면서 땅이 주저앉게 됩니다. 여러가지 원인에 대해 알아보겠습니다.1. 지하수를 너무 뽑아 쓰면 멀리 떨어진 곳의 지반도 내려앉게 됩니다. 지하수도 지표수처럼 높은 곳에서 낮은 곳을 향해 흐르는데, 지하수위가 낮은 지점에서 물을 많이 끌어 쓰면 높은 곳에 있는 지하수가 이동해 공동이 생기면서 땅이 내려앉게 됩니다.2. 지표수 물길을 다른 곳으로 돌릴 경우 그동안 물이 많지 않았던 흙에 물이 가득해지고, 이 때문에 응집력이 떨어지면서 지반이 약해져 땅이 내려앉을 수 있습니다. 또 공장에 쓸 저수지를 모래가 많은 지표층 위에 만들거나 도시 상하수관이 새면서 주변 흙에 물이 많이 스며들어도 싱크홀이 생길 수 있습니다.3. 지하수가 잘 흘러도 싱크홀이 생길 수 있습니다. 지하수가 흐를 때 점토, 실트, 모래 등 크고 작은 알갱이들도 함께 흐르며 지하수가 흐르는 구멍을 점점 깎아내는데 지하수길이 침식돼 점점 커지면서 싱크홀의 위험도 높아집니다. 2007년 2월과 2010년 5월 과테말라 도심지를 습격한 싱크홀은 허리케인이 쏟아 부은 빗물이 화산재층을 함몰시켜 만든 사례이기도 하죠.싱크홀 발생을 막기 위해서는 도시 주요 지역에서 지하수의 흐름을 늘 모니터링 하고, 특히 도심지 공사장의 무분별한 공사는 싱크홀의 가능성을 높이고 있는 만큼 예의주시해야 합니다.
지구과학·천문우주
Q. 토네이도가 발생되는ㅊ원리가 궁금합니다
토네이도의 생성 원리는 지면에 수직으로 발달해 산이나 큰 탑처럼 보이는 구름인 적란운의 숨은 열이 구름 속의 공기를 데움으로써 강한 상승기류에 의해 발생하게 됩니다. 이 상승공기는 구름의 꼭대기 부근에서 천천히 회전하고 이것이 점점 아래쪽으로 확장되어 깔때기 모양을 만들게 되는데, 이 깔때기가 지면과 닿으면 토네이도가 됩니다. 토네이도는 주로 미국 대평원에서 발생합니다. 넓은 평야 지대에서 바람의 방향이 연직적으로 다르거나 풍속 차이가 커서 토네이도가 발생하게 됩니다. 우리나라는 산이 많아 그 산들이 바람막이 역할을 하면서 본래 갖고 있던 힘을 많이 잃게되고 따뜻한 바람이 계절마다 불규칙적이기 때문에 토네이도가 잘 생기지 않습니다.
토목공학
Q. 아스팔트의 주 원료가 궁궁해요?
아스팔트는 원유를 정제하고 난 뒤 남은 끈적거리고 검은 색의 점성을 가진 액체나 반고체 상태의 석유 화합물을 말합니다. 쉬운 예로 커피를 들 수 있습니다. 커피를 내릴때는 커피 원두를 갈아 에스프레소 머신에서 고온 고압으로 착즙해 추출합니다. 이 추출한 액을 물에 타먹으면 아메리카노 되는 것이고 남은 커피 찌꺼기를 사용해 방향제로 쓰기도 합니다.석유도 마찬가지입니다. 석유의 원료인 원유를 정제해 액체상태로 석유도 나오고 다른 석유 화합물도 나옵니다. 여기서 남은 원유 찌꺼기가 바로 아스팔트의 원료가 되는 것이죠.