안녕하세요 김두환 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구과학 용어 중에 매그니튜드는 무슨 뜻인가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다. [magnitude] 규모는 지진의 규모를 나타내는 척도입니다. 진앙(지진이 발생한 지점의 바로 위에 위치한 지상)에서 100km떨어진 지점의 최대 진폭의 정도를 정의하여 계산해 나타낸 것으로 생각하시면 됩니다.
화학
Q. 원자마다 에너지 준위와 그 간격이 다른 이유는?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.원자마다 다른 이유는 원자에 존재하는 원자핵의 극성이 다르기 때문입니다.수소는 전자(-) 1개, 원자핵의 양성자(+) 1개 중성자 1개로 이루어져있으며, 헬륨은 전자(-)2개, 원자핵의 양성자(+) 2개 중성자 2개를 가지고 있습니다. 이렇듯 원자의 종류에 따라 원자핵의 +극이 다릅니다.먼저, 전기력에 대해 이해하면 좋습니다. 전기력은 극성을 가진 물체끼리의 거리가 멀수록 약해지고, 극성이 커지면 전기력이 커집니다. 예를들어 수소원자 내에 있는 전자는 원자핵으로 부터 1의 크기의 전기력을 받는다고 치면, 헬륨 원자 내에 있는 전자는 원자핵으로부터 2의 크기의 전기력을 받는다고 볼 수 있습니다. 물론 엄밀하게는 헬륨내의 전자는 2개이므로, 다른 전자 1개의 전기력도 따져줘야합니다. 그래도 전자에 가해지는 전기력은 헬륨이 더 크다고 볼 수 있습니다. 즉 원자마다 전자에 가해지는 전기력이 다르죠.원자의 에너지 준위는 전자가 위치할 수 있는 궤도에 의존됩니다.보어의 모형이나 양자역학에 따르면 전자는 정상파를 만드는 궤도에 위치해야합니다. 여기서 정상파란 궤도의 둘레 길이가 파장의 정수배를 의미합니다. 그런데, 우리는 전자라는 물질을 다루고있어 파장이 왜나오냐 물음을 던질 수 있습니다. 이 파장은 물질을 물질파로 해석하기 때문입니다. 모든 물질은 입자성과 파동성을 가질 수 있으며, 이를 물질의 이중성이라고 합니다. 원자내에 존재하는 물질에 대해서는 크기가 굉장히 작아 파동성을 띱니다. 이러한 물질파를 드브로이 파로 해석할 수 있습니다. 질량이 크면 파장이 작아 파동성을 볼 수 없으며, 질량이 작은 물질에 대해서는 물질파의 파장이 길어지게 됩니다. 전자의 경우 질량이 매우작기 때문에 파동성을 볼 수 있습니다.다시 돌아와 설명드리며 전자의 파장에 의해 안정적일 수 있는 궤도가 존재합니다. 전자라는 물질파의 파장의 정수배가 되는 궤도들이어야합니다. 그리고 이러한 궤도들은 불연속적으로 존재합니다(이는 계산에 의해, 그리고 직관적으로 파장이 길어지거나 작아질 경우 정상파를 만드는 궤도의 층이 달라 져야함). 이렇게 궤도들이 불연속적으로 위치하게 되면 전자가 위치할 수 있는 위치 역시 불연속적이란 이야기입니다. 이를 에너지 준위라고합니다.원자핵에서 멀어질수록 에너지 준위가 높아진다고 볼 수 있습니다. 마치 지구의 높은 곳에서 물체를 떨어뜨리면 더 빨리 떨어지는 것처럼 에너지가 높은 상태이죠.
화학
Q. 높은 곳으로 갈수록 끓는점이 낮아질텐데, 왜 밥은 덜익게 되는 건가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.산이나 고지대에서는 공기의 기압(압력)이 떨어집니다. 압력이 감소하면 액체의 끓는점이 낮아지게 됩니다. 그래서 밥이 설익게 되는 것이죠.물이나 액체가 끓어 기체가 되는 것은 분자간 인력(전기력)을 끊고 자유로워지는 것입니다. 그런데, 이 액체를 누르는 공기 압력이 강해지면 자유로워지는데 더 많은 에너지가 필요하고 압력이 약해지면 더 쉽게 자유로워질 수 있습니다. 그래서 기압이 낮아지면 기체가 되는데 비교적 쉬워져 끓는점이 낮아지는 것이죠.그리고 산에서는 밥을 지을 때 돌을 얹혀놔 압력을 강하게 만들어줘 밥을 잘 익게 만들 수 있는 것이죠.
생물·생명
Q. 음식의 발효는 어떤 과학적인 원리 인지 궁금합니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.발효는 효모(미생물)가 음식을 분해하거나 다른 물질을 생성시키는 과정을 의미합니다. 발효는 부패와 크게 다르지 않는데 그 차이가 존재합니다. 발효와 부패는 모두 미생물이 음식물을 분해하는 과정을 의미합니다. 하지만 우리에게 유익하고 유용하게 사용되는 음식물이나 물질이 만들어지면 발효라고 말하며, 우리에게 해롭고 악취가 나며 별로 좋지않은 물질이나 음식물이 만들어지면 부패라고합니다.발효 음식은 맥주, 막걸리, 술, 김치, 요구르트, 치즈, 메주 등 여러가지가 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 파도의 원리 파도는 어떻게 생기는건가요???
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.파도는 조수간만의 차(달, 태양의 인력), 바람, 해수의 유입 등 다양한 요인으로 생겨납니다. 파도는 결국 외부로부터 어떤 힘을 받아 생겨나는 것입니다. 태풍이 부는날 파도가 강하게 치는 이유가 바람에 의한 요인입니다.