안녕하세요 김두환 전문가입니다.
화학공학
Q. 몰질량이란 과학적 용어가 무엇인지 궁긍합니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.먼저 mol(몰)이라는 정의부터 해보겠습니다.1mol이란 아보가드로수로 6.02214076x10^(23)으로 정의하였습니다.1mol은 12g에 들어있는 탄소-12의 원자 개수로 정의되었습니다. 몰질량은 어떤 원자나 분자가 1mol(몰) (=1 아보가드로수) 만큼 있을 때의 질량으로 정의합니다.몰이나 몰질량은 원자와 분자가 특정 질량속에 굉장히 많이 존재하기 때문에 이 수를 세거나 질량을 표현할 때 사용하는 단위입니다.예를 들어 1g속에 1204400000000000000000000개의 분자가 존재한다라고 말을하면 듣는이나 말하는 이도 불편할 수 있기 때문에 2mol의 분자가 존재한다라고 약속을 한것이죠. 그리고 몰질량의 경우 수소 1mol이 있을 때 1g이 될 때 수소의 몰질량은 1g/mol 이라고 말을합니다. 이 또한 편리성을 위한겁니다. 수소 1개의 질량은 굉장히 작기 때문에 매번 그 수치를 쓰고 있을 수 없기 때문이죠.
지구과학·천문우주
Q. 태풍이 일어나는 원인을알고싶어요
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 세력이 약해지며 서서히 소멸하여 사라지게됩니다.
지구과학·천문우주
Q. 어떤 힘에 의해서 우주는 계속 팽창하고 있는 건가요??
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.우주를 팽창시키는 에너지를 암흑에너지라고 합니다. 암흑이라고 붙인 이유는 팽창시키는 원인을 모르기 때문에 미지의 에너지라는 의미에서 붙인 것입니다. 이는 앞으로 인류가 해결해야할 큰 숙제중 하나입니다.
지구과학·천문우주
Q. 공기는 어떻게 생기게 되는건가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.다른행성에도 공기가 존재합니다. 물론 공기의 성분이 다를 수 있습니다. 보통 공기는 행성 생성 당시 잔류한 기체의 종류로 결정됩니다. 지구의 경우 대기는 질소(78%), 산소(21%), 아르곤(0.9%), 이산화탄소(0.036%) 등으로 이루어져 있으며, 이 외 기타 네온, 헬륨, 메탄가스, 수소 등 다양한 기체를 포함하고 있습니다. 하지만 다른 행성은 다른 종류의 기체를 포함하고 있죠.
물리
Q. 열역학 제1법칙에 대해서 이해안되는것
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.이는 통계적으로 증명이 가능하며 특정 계 안에서 입자들의 운동으로 열역학 법칙을 유도하면서 나온 식입니다. 온도 T의 경우 입자들의 평균 운동에너지 쓰이는데, 우리가 잘 알고 있는 운동 에너지는 1/2mv^2입니다. 여기서 1/2이 등장합니다. 또한, 입자들은 3차원 공간상에서 운동하기 때문에 평균 운동에너지를 구할 때 1/3이 들어가게 되죠. 그래서 이를 이용하면 3/2nRT가 나옴을 알 수 있습니다. 1/2, 1/3이라고 1/6이아니라 유도과정에서 2/3이 등장하는 이유는 2* 1/2mv^2*1/3=2/3 E(에너지)와 같이 쓰게 되기 때문입니다. 그래서 에너지앞에 2/3을 이항하여 내부에너지를 쓰면 내부에너지 U=3/2nRT가 되는 것이죠.물론, 입자의 자유도에 따라 3이라는 계수가 바뀔 수 있습니다. 이는 시스템에 있는 입자들의 자유도를 파악하여 잘 써줘야합니다.
물리
Q. 물리학 1 공부도중 오개념인거깉아서 질문
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.한 물체에 대해 속도의 크기인 l속도l와 속력은 다를 수 있습니다. 이는 평균 속도, 평균 속력의 개념입니다. 위 상황처럼 곡선 경로를 이동할 때 변위의 길이가 이동거리보다 짧기 때문에 평균속도가 평균 속력보다 작게됩니다. 보통의 상황에서는 평균 속도가 평균 속력보다 작거나 같게 되죠.물론 속도의 크기는 속력으로 쓸 때가 존재합니다. 이는 순간적인 속도를 다룰 때입니다. 순간적인 속도의 경우 곡선경로라고 하더라도 아주 짧은 미소거리를 다루기 때문에 거의 직선으로 취급되어 속도의 크기가 속력이 됩니다.
지구과학·천문우주
Q. 우리는 왜 지구의 자전과 공전을 느끼지 못하나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.자전을 느끼지 못하는 이유는 지구는 아주 큰 구이고,중력이 작용하기 때문입니다. 우리는 지구의 중력과 지면의 수직항력을 구심력 삼아 지구를 따라 원운동 하고 있습니다. 이 때 중력(만유인력)에 의해 원심력을 느낄 수 없기 때문에(만유인력은 우리가 원운동 할 때 필요한 구심력 보다 크기 때문에) 지구가 도는 것을 체감하기 힘든 것이죠. 또한, 지구는 아주 큰 구이고 우리는지구 안에서 작은 존재로 지구가 구형임을 못느끼고 평평하다고 생각합니다. 그리고 지구 자전에 의한 원운동은등속 원운동입니다. 사람에 비해 지구가 굉장히 크기 때문에 사람의 입장에서는거의 등속 직선운동(우리가 볼때 지면이 평평해 보이는 이유와 같음)을 하고 있다고 볼 수 있습니다.등속 운동을 할 경우 우리가 움직이는지 멈춰있는지 알기 어렵기 때문에 지구가 움직이는 것을 느끼기 어려운 이유입니다.
전기·전자
Q. 전자기 유도에 대한 질문이요.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.네, 전자기 유도는 코일이나 원형 도선 등에 자석을 움직여 자기장을 변화시키게 되면 유도 전류가 흐릅니다. 가만히 있으면 도선에는 전류가 흐르지 않습니다. 그리고 자기장도 생기지 않죠. 하지만 도선에 일정 전류가 흐르고 있는 상황이라면 자기장은 생기지만 자기장의 변화가 생기지는 않습니다.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 뜻합니다. 즉, 외부 자기장의 변화가 전선에 전류를 흐르게하는 현상이죠. 이를 조금 더 자세히 이해하기 위해 상상해보죠. 고리 도체가 있고, 도체 내부에는 원자들이 박혀있습니다. 그리고 원자에는 원자핵(+), 전자(-)가 존재하며, 전자(-)는 자유롭게 도체 내부를 무작위 운동하고있습니다. 이 상황에서 외부에서 자기장이 들어오게 되면, 무작위 운동하는 전자(-)는 전자기력을 받게됩니다. 왜냐하면 전자의 무작위 운동이라는 것은 부분적(local, 아주 미소 부위)으로 전류가 되고, 외부자기장 내에서 전류는 전자기력이라는 힘을 받기 때문입니다.만약 고리에 N극이 흘러들어오는 상황이라면 고리 내에서 전자가 시계방향이나 반시계방향으로 무작위 운동이 가능합니다. 이 때, 시계방향운동에 대해서는 전자기력을 고리 중심부로 받고, 반시계방향의 운동에 대해서는 전자기력을 고리 바깥방향으로 받게 됩니다. 이러한 전자기력의 방향은 전자의 운동을 지속시킬지 말지를 결정합니다. 반시계 방향으로 회전하는 전자에 대해 고리 바깥방향으로 힘이 작용합니다. 이 경우 제한적인 고리 틀 때문에 전자의 움직임이 불가합니다. 반면에 시계방향으로 회전하는 전자에 대해 고리 중심부로 힘이 작용하고 이는 구심력으로 작용하여 고리를 내에서 회전이 가능하죠. 즉, 무작위 운동중 특정 방향에 대해 전자의 운동이 살아남아 이것이 유도 전류로 작용하죠. 그래서 자기장의 변화는 자기장을 방해하는 방향으로 전류를 발생시키게 되는 것이죠.
지구과학·천문우주
Q. 블랙홀과 사건의 지평선의 차이가 궁금합니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.네, 사건의 지평선은 블랙홀이라는 천체 바깥에 위치합니다. 사건의 지평선은 빛조차 나올 수 없는 경계부로 사건의 지평선을 기준으로 내부는 캄캄하고, 외부는 밝을 수 있습니다. 블랙홀은 직접관측이 불가능하며, 사건의 지평선 내부에 존재하며 어느정도의 크기인지 가늠은 어렵습니다.
지구과학·천문우주
Q. 망원경을 통해 먼곳까지 볼 수 있는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.망원경의 원리는 빛을 모아 볼록렌즈와 오목렌즈를 이용하여 상을 확대하는 것이죠. 볼록렌즈는 확대해주는 특징을 지녔고, 오목렌즈는 확대된 빛을 모아 우리눈에 들어오게 끔 해줍니다. 즉, 볼록렌즈로 빛을 퍼뜨려 상을 확대시킨 뒤 이 빛을 오목렌즈로 받아 우리눈에 초점이 맺히게끔 해줍니다. 그래서 확대된 상을 볼 수 있는 것이죠.