안녕하세요 김두환 전문가입니다.
물리
Q. 자석을 정확하게 N극과 S극으로 나누는 방법이 있나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.현재로써는 불가능합니다. 신기하게도 자석의 N극 S극은 항상 쌍으로 존재합니다. 자석을 자르고 잘라 가장 작은 단위인 입자까지 만들게되어도 여전히 N, S가 함께 존재하죠. 전기적 특성을 띠는 +, -전하량의 경우 나뉘어져 있지만, N극 S극은 홀극이 존재하지 않습니다. 그리고 자기홀극에 대해 발견하기위해서 노력하는 연구자들도 있습니다.
전기·전자
Q. 마그네틱 카드 같은 부분의 원리가 궁금합니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다. 마그네틱의 기본적인 원리는 전자기 유도 현상에 있습니다.개인 정보, 카드 정보, 혹은 비디오 테이프, 카세트 테이프의 영상 정보, 소리 정보 등을 전기적인 신호의 변화로 이어집니다. 이 전기적인 신호의 변화는 전자기 유도 현상을 유발하여 자기장을 변화시키고 마그네틱, 자기 테이프에 정보를 저장시키는 것이죠. 그리고 저장된 마그네틱, 자기 테이프의 신호를 다시 전기적 신호로 변환하여 정보로 표현합니다.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.
지구과학·천문우주
Q. 오로라는 왜 발생하나요? 한국에서도 관측할 수 있나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.아쉽게도 우리나라에서 오로라 관측이 정말 이상 현상이 아닌 이상 보기 어렵습니다.오로라는 우주에서 날아오는 우주선(하전입자)이 대기의 기체와 부딪혀 생겨나는 현상입니다. 무지개와는 다른 원리입니다.하전입자는 전하를 띠는 입자들을 의미합니다. 보통 우주선이라고도 합니다. 우주에서 날아오는 입자인 우주선이 지구로 들어오는데 이때 전하를 띠고 있으면 지구 자기장에의해 나선운동을 합니다. 그리고 자기장이 강한 고위도에서 나선운동이 강하게 일어나죠. 나선운동을 하며 대기에 있는 기체와 부딪히며 빛을 발하는데 이를 오로라라고 정의합니다.빛이 나는 원리는 기체 분자에 존재하는 전자의 에너지 상태가 외부 우주선과의 충돌로 높은 에너지 상태가 됩니다. 그리고 다시 안정적인 상태로 돌아가려고 낮은 에너지 상태로 돌아가는데 이때 손실 되는 에너지가 빛으로 방출 되어 우리 눈에 들어오게 되는것이죠. 기체의 종류와 에너지의 차이에 따라 다른 파장의 빛을 방출하므로, 오로라의 색이 다양하게 존재합니다.
물리
Q. [전자기학] 미소체적소에 적용된 가우스 법칙
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.열심히 하신 흔적이 느껴집니다!가우스 법칙은 특정 공간(체적)에 대해 단위 면적을 통과하는 힘의 합으로 특이점(힘을 만드는 전하량이나, 질량 등)을 찾아내는데 아주 유용한 식입니다.위의 증명과정에서 각 면에 대한 F·dA를 계산하여 더해주어야합니다.증명과정에서 잡은 채적은 ΔxΔyΔz에 대한 부피이며, 각면의 위치는 체적의 중심으로부터 +Δx/2, -Δx/2, +Δy/2,-Δy/2,Δz/2,-Δz/2에 위치합니다.그런데, 중심좌표(xo,yo,zo)에서 힘이 Dxo,Dyo,Dzo이고 이것은 어떤 힘이라고 생각하시면 됩니다. 즉, 중심좌표에서의 힘은 Dxo, Dyo, Dzo이고, 다른 위치에서는 힘이 달라집니다.(xo+Δx/2,yo,zo)위치에서 힘의 경우, 고려한 앞면의 경우 Dxo(xo+Δx/2,yo,zo),Dyo(xo+Δx/2,yo,zo),Dzo(xo+Δx/2,yo,zo)입니다. 그런데, Dyo, Dzo는 (xo+Δx/2,yo,zo)위치에놓인 면과 나란한 힘이기 때문에 면의 법선벡터와 내적은 0이 되어 고려하지 않습니다.즉, Dxo(xo+Δx/2,yo,zo)와 ΔyΔz(dA)를 해줘야하죠.여기서 Δx/2는 작은 값으로 Dxo를 테일러 전개할 수 있습니다. Dxo(xo+Δx/2,yo,zo)=Dxo(xo,yo,zo)+Dxo'(xo,yo,zo)Δx/2+1/2! Dxo''(xo,yo,zo)(Δx/2)^2+...Δx/2Dxo(xo+Δx/2,yo,zo)∽Dxo(xo,yo,zo)+Dxo'(xo,yo,zo)Δx/2까지 표현한 것이죠. 여기서 미분 '은 x에 대한 편미분 입니다.궁금한 것이 해결되셨길 바라며, 잘 이해안가거나 더 궁금하시면 댓글남겨주세요.
화학
Q. 아침에 안개는 왜 생기는건지 궁금합니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.고기압 지대에서 새벽에 안개가 낄 수 있습니다. 밤부터 새벽까지는 식물의 광합성은 없고 호흡만 일어납니다. 그리고 호흡을 통해 수분 생성되며, 잎의 기공을 통해 나와 잎의 표면에 물이나 수증기의 형태로 존재하게 되죠. 그리고 고기압의 영향으로 수증기가 증발하지 못하고 지표면에 쌓이게 되는데, 기온이 낮은 새벽에 수증기가 쌓이며 포화수증기량을 넘어서 안개를 형성하게 됩니다. 그리고 안개 낀 날의 낮에는 대부분 날씨가 맑음을 알 수 있는데, 이는 고기압 지대가 형성되었기 때문이죠.