안녕하세요 김두환 전문가입니다.
Q. 태양광, 태양열 발전은 서로 다른 개념인가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.서로 다릅니다.태양열 발전은 태양으로부터 받은 열을 이용해 물을 끓여 증기를 발생시킨 뒤, 이 증기로 터빈을 돌려 전기에너지를 얻어냅니다. 전자기 유도 현상이란 코일(도선)이 있고, 코일 주변에 자석(또는 전자석)이 움직이거나 자기력이 변화하고 있을 때 코일(도선)에 유도 전류가 흐르는 현상을 말합니다. 태양열을 이용해 증기를 만들고, 이 증기로 터빈을 돌려 터빈 끝에 달린 자석이 코일 주변으로 회전하거나, 또는 터빈 끝에 달린 코일이 자석 주변으로 회전하면서 코일에서 유도 전류가 발생하는데 이를 모아 전기로 사용하는 원리입니다. 회전 방향과 상관없이 코일에 전류를 모아 전기에너지로 사용할 수 있는 발전입니다.태양광 발전은 광전효과에 의해 전류를 얻는 발전기입니다. 광전효과란 금속에 빛(광자; 전자기파;)을 쪼으면 금속 표면에 있던 자유전자가 튀어나와 전류를 만드는 현상입니다. 그리고 자유전자가 금속을 탈출하기 위한 에너지가 필요한데, 이 최소 에너지의 크기를 일함수라고합니다. 즉, 자유전자는 일함수의 크기만큼이나 더 큰 운동에너지를 가져야 탈출이 가능합니다. 그리고 자유전자가 운동에너지를 가질 수 있는 방법은 외부 빛(광자)과 충돌하는것이죠. 이 때 충돌하여 에너지를 얻는 정도는 빛의 에너지에 의존됩니다. 빛 에너지가 강할수록 다시말해 빛의 진동수가 높을수록(파장이 짧을 수록) 자유전자가 받는 에너지가 크게됩니다. 그리고 금속의 종류에 따라 일함수가 다른데, 대부분의 경우에는 자외선 영역대의 빛을 쬐여주면 자유전자가 튀어나와 전류를 만듭니다. 이러한 전기에너지를 사용한 것이 태양광 발전이죠.
Q. 지금은 전기차가 대세인데 수소차의 장단점과 전망은 어떤가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.수소연료를 사용한 수소자동차는 물의 전기분해의 역반응을 이용한 원리입니다. 수소연료전지에 연료로 사용되는 수소를 주입합니다. 주입된 수소는 수소(+)와 전자(-)로 이온화되며, 전자(-)는 양극(+)으로 이동하고 수소(+)는 음극(-)으로 이동하며 전류(전하의 흐름)를 만들어냅니다. 이 전류를 이용해 차를 움직이게하죠. 그리고 공기중에 있는 산소를 음극으로 주입해주는데, 음극으로 이동해온 수소(+)와 산소가 반응하여 물을 만들어내죠. 즉, 수소연료의 배출물은 자연에 무해한 물이 됩니다. 그래서 수소가 신재생, 친환경 에너지로 주목받고 있죠. 물론, 수소 차량을 충전하기 위한 충전소가 아직 잘 없으며, 수소 연료비용이나 차량 비용이 비싸다는 단점도 있습니다.
Q. 태풍은 어떻게 만들어지고 자주 발생 하는곳은 어디인가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.태풍은 태양 에너지를 많이 받는 적도부근의 바다에서 만들어집니다. 적도 부근에서 태양 에너지를 받아 물이 증발하여 상승하며 구름이 다수 만들어집니다. 여름이나 가을에 적도 부근에서는 이러한 구름이 거대한 저기압 시스템으로 발달하게 되는데 이를 태풍이라고합니다. 태풍은 바람의 흐름을 타 중위도, 고위도까지 올라옵니다. 올라올때 바다 위를 지나면서 오는데 바다로부터 증발한 수증기를 머금고 세력을 키우며 올라옵니다. 그래서 우리나라나 다른 나라를 강타하죠. 태풍은 육지내에서 더 이상 수증기를 공급 받지 못하기 때문에 약해지면서 서서히 소멸하게 되죠. 태풍은 전세계적으로 발생합니다. 태풍이 생성되면 북상하거나 남하하여 대륙을 지나며 피해를 줄 수 있습니다.
Q. 태풍에서 정중앙은 피해가 없는 지역이라는데 왜 그런 건가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.네 태풍의 눈은 맑은 날씨이며 잠시동안은 안전하다 볼 수 있습니다. 태풍은 계속 움직이기 때문에 태풍의 눈에 위치한 지역은 시간이 지남에 따라 태풍이 지나갈 자리가 되어 계속 안전한 것은 아닙니다. 태풍의 저기압에 의해 바람이 들어오며 중심 부근에서는 상승기류가 형성되는데, 이 상승기류가 반경을 가지고 생겨납니다. 그래서 상승기류는 태풍의 중심에 바람이 불어 들어가지 못하게 벽 역할을 해주는것이죠. 이런 이유로 태풍의 눈은 고요하며 맑은 것이죠.
Q. 무지개가 뜨는 원리에 대해 질문드립니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.비가내린 뒤 대기중에는 수증기, 물이 가득 분포하여 습한 상태가됩니다. 무지개는 햇빛이 수증기 물방울을 통과하면서 물방울이 마치 프리즘 역할을 하여 빛이 굴절되고 분산되어 나타나는것입니다. 이 분산된 빛이 빨간색파장부터 파란색 파장, 보라색 등 여러 색을 띠는 빛이 우리 눈에 들어오게되며 무지개가 형성되는것이죠. 보통 무지개는 태양과 반대편에서 형성될 수 있습니다. 태양을 등지고 햇빛이 수증기 물방울을 통과하고 굴절, 반사, 분산이 일어나며 무지개가 보이는 것이죠.