안녕하세요 김두환 전문가입니다.
Q. 열과 온도의 차이는 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.온도는 계(system)의 물질들의 평균운동에너지로 정의합니다. 특정 공간 속에 물질들의 운동의 활발함을 수치화하여 평균내어 온도로 정의한 것이죠.열은 에너지의 이동 방법으로 생각하시면 됩니다. 보통 두 계가 접촉했을 때 고온에서 저온으로 에너지의 이동이 발생합니다. 이 때 열 전도나 열 복사 등으로 에너지가 이동합니다. 사실 미시적 관점에서 열 전도나 열 복사 등은 거의 동등하다고 생각하시면 됩니다. 고온의 상태는 물질들의 운동이 활발한 상태이고, 저온의 상태는 물질의 운동이 거의 없는 상태로 생각할 수 있습니다. 고온의 물질의 원자들의 움직임이 활발하고 이와 접촉한 저온 부의 원자에 진동(떨림)이나 충돌로 인해 운동에너지를 전달해줌으로써 온도를 높입니다. 반면에 고온의 원자들은 에너지를 전달해주었기 때문에 움직임이 더뎌져 온도가 떨어지죠. 원자들간의 충돌이나 진동에 의한 전달은 전부 전기력, 전자기력에 기반한다고 볼 수 있습니다. 열 복사는 온도를 가지고 있는 물질이 방출하는 빛(적외선)이 저온 상태인 물질에 전달되며 진동을 유발합니다. 진동이 유발되며 물질의 온도는 상승하게 되죠. 정리하면 열은 에너지의 이동방법이며, 열 전도, 열 복사등이 있습니다.물론 일상생활에서는 열이 높다 온도가 높다 비슷하게 사용되며, 용어적으로 엄밀히 따지는것은 골치만 아프죠. 대신 현상을 정확하게 파악하고 이해하는것이 중요하다고 생각됩니다.
Q. 온도계 직접 만들수 있냐요??
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.온도계를 만들 수 있습니다. 수은이나 알코올을 이용하면 됩니다. 알코올은 구하기가 쉬우므로, (에틸)알코올을 구매하여 색소를 넣고 빨대에 담은 뒤 눈금을 표시하여 제작이 가능합니다. 알코올의 끓는점이 78도이기 때문에 간이 알코올 온도계의 단점은 78도 정도 미만만 측정이 가능합니다.
Q. 우주에서의 빛은 어떻게 이동하나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.빛은 전자기파(electromagnetic wave)로 전기장의 진동과 자기장의 진동으로 진행해 나갑니다.전자기파는 멕스웰 방정식에 의해 얻어낼 수 있으며, 진공에서 빛이 진행해 나갈 수 있다는 것은 실험적으로 증명된 사실입니다.전자기파인 빛은 전기장이나 자기장의 변화로 생성될 수 있습니다. 진공(빈공간)에서 전기장의 변화는 자기장을 생성하며, 자기장의 변화는 또 전기장의 변화를 생성해냅니다. 이러한 순환이 반복되며 진공으로 전파해 나가는 것이죠.
Q. 우주는 왜 수소와 헬륨이 많이 존재하는 건가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.수소와 헬륨은 원자 중 질량이 가장 작은 대표적인 원자입니다.초기 우주에서 우주가 팽창하며 원자핵이 만들어지고 수소와 같은 원자가 만들어지는 과정에서 가장 쉽고 빠르게 만들어질 수 있는 원자가 수소와 헬륨이기 때문이죠.우주가 식으며 쿼크가 결합되어 원자핵이 형성되고 원자핵은 전자를 끌어들여 수소를 만듭니다. 만들어진 수소는 안정적이기 때문에 더 이상 다른 원소가 되진 않죠. 또한, 여전히 우주가 뜨거울 때 원자핵과 전자가 전기력으로 결합되지 못하고 자유롭게 존재할 때, 불안정한 원자핵과 다른 원자핵이 붙어 헬륨 원자핵을 만드는 경우도 존재하게 됩니다. 이 상태에서 우주가 식으며 전자를 끌어들여 헬륨을 만들 수 있죠. 물론 더 큰 원자핵을 형성할 수 있지만 수소핵이나 헬륨핵을 형성하는 것보다 희박하기 때문에 초기 우주에는 수소와 헬륨이 주를 이루어 만들어졌으며, 현재까지 안정적인 상태로 이어온 것입니다. 물론 수소나 헬륨 가스가 뭉쳐 항성이나 행성을 구성하며 더 무거운 원자로도 진화하긴 하였습니다. 하지만 우주의 대부분의 구성 요소는 수소와 헬륨이 되겠습니다. 또한 참고로 암흑물질이나 암흑에너지는 눈으로 보이는 물질(수소, 헬륨)보다 더욱 많은 양을 차지하고 있다고 합니다.
Q. 태양의 딱 8분만 빛을 멈춘다면 지구에는 어떤 영향을 미칠까.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.8분간 태양 빛이 사라진다면 여러 변화를 생각할 수 있습니다.태양 빛이 사라진 뒤 8분뒤부터 태양을 볼 수 없으며, 낮이 사라진 지구가 될 것입니다. 밤하늘은 별빛으로만 가득차며 태양이 없기 때문에 행성이나 달을 볼 수 없게되죠. 또한 8분동안 햇빛을 받지 못해 지구의 기온은 떨어지기 시작합니다. 물론 지구 내부의 지열이 남아있기 때문에 급격하게 떨어지진 않으며, 빙하기가 될정도는 아닐 것으로 예상됩니다. 그리고 태양에서 날아오는 우주선, 태양풍 등이 없으므로 전파를 송수신하는데 있어 안정성을 찾을 수 있을것으로 예상됩니다.