안녕하세요 박승식 전문가입니다.
Q. 광 케이블은 어떤 원리로 데이터를 전송하게 되나요?
안녕하세요. 광케이블 안쪽에 빛이 반사되도록 설정되어있어 입사각과 반사각이동일하게 설계되어있습니다.케이블이 휘더라도 입사각=반사각 이기때문에 빛이 반사되더라도 케이블 끝까지 데이터 전송이 가능합니다.
Q. 피곤하면 하품이 나오는데요. 왜 하품을 하나요?
안녕하세요. 하품하는 이유는 다음과 같습니다.1. 뇌에서 산소가 부족할 때 산소 공급을 받기 위하여뇌에 산소가 부족할 때 뇌에 산소를 공급하여 뇌의 활동을 활발하게 하기 위해서입니다. 몸이 피곤하거나 산소가 부족하게 되면 뇌에 원활하게 산소가 공급되지 못하기 때문에 뇌에서 하품을 하게 하여 산소를 충당할 수 있도록 합니다. 이때 뇌는 하품을 통하여 공기를 깊게 흡입하게 하므로 새로운 산소를 공급 받습니다.2. 스트레스 등으로 인해 긴장된 경우에스트레스 등으로 지나치게 긴장된 경우에도 하품이 나오기 쉽습니다. 스트레스를 받거나 과도한 업무등으로 머리를 많이 쓰는 일을 했을 경우, 뇌의 온도가 상승하게 되는데 이때 뇌의 온도를 떨어뜨리기 위해 하품을 하게 됩니다.3. 졸음이나 지루함 등을 느끼게 될 때졸음이나 지루함을 느낄 때 졸음이나 피곤함에 인해 신체가 무기력해지게 되고, 졸음이나 지루함을 느끼게 되면 뇌 움직임도 느려지게 되면서 그것을 더욱 활발하게 만들기 위해 자연스럽게 하품이 나옵니다. 이때 하는 하품은 산소를 빨아들임으로써 뇌에 적절한 자극을 주기 위한 동작입니다.4. 뇌의 온도 조절뇌는 인간의 몸 중에서도 에너지 소비가 많고, 열을 많이 배출하는 기관입니다. 그 뇌의 일부가 과열되어 기능이 저하될 것 같으면 하품을 하고 차가운 혈액을 뇌에 보내 식히는 역할을 합니다.
Q. 모타를 돌리는 것은 오른손 법칙이 적용된다는데요!
안녕하세요. 플레밍의 왼손법칙을 말씀하는것 같습니다.전동기만들기와 플레밍의 왼손법칙의 관련성전동기는전류가흐르는도체가자기장속에서받는힘을이용하여전기에너지를역학적에너지로바꾸는장치이며,모터라고도말합니다.전원의종류에따라직류전동기와교류전동기로분류되며,교류전동기는다시3상교류용과단상교류용으로구분됩니다.오늘날에는3상교류용전동기를주로사용하고있습니다.전동기의 발명전동기는기계조작의실수로우연히발견하게된것입니다. 1873년빈에서세계박람회가열렸을때의이야기입니다.이때여러대의발전기가전시되어증기기관으로그발전기들을돌려발전하고있었습니다.그런데조수한사람이배선을잘못해서발전중인발전기와정지중인발전기를접속해버렸습니다.그러자정지중인발전기가갑자기돌기시작했고,그러자정지중인발전기가갑자기 돌기 시작했고, 담당자들은 여기에서 힌트를 얻어 모터의 원리를 고안해냈습니다. 즉 모터는 발전기와 같은 구조면 된다는 것을 알게 되었던 것입니다.전동기의 원리전동기는플레밍의왼손법칙에따라전자기장의에너지를운동에너지로변환해주는것입니다.전자기장에서는전류의방향,자기장의방향,힘의방향을나타낸다. 3가지의방향중에서한가지의방향만알면나머지의방향은손가락을보고서알수있습니다.근본적으로자기장속에서도체가놓여있을때,이도체가어떤방향으로든지운동을하면도체내부에는전류가유도되어흐르게됩니다.반대로도체내에전류가흐르면특정한방향으로힘을받아운동을하게됩니다.이러한전자기적원리를이용하여인위적으로자기장을형성하고,도체를구성한후전류를공급하면이도체가운동을하는데이것을바로모터(전동기)라고합니다.도체가축을중심으로회전운동을하도록하면일반적으로말하는모터이며,직선적으로움직이면리니어(linear)모터라고합니다.플레밍의 왼손법칙자속이 있는 영구 자석에 자력선의 방향과 직각으로 도체를 넣고 이 도체에 화살표 방향으로 전류를 흘리면 도체는 힘을 받아 화살표 방향인 위쪽으로 움직입니다. 이와 같이 자속과 전류와의 관계에서 발생하는 힘을 전자력 이라고 하고 서로 직각으로 뻗어진 왼손의 엄지, 검지, 중지로 나타내며 이 작용을 발견 한 사람의 이름을 따서 플레밍의 왼손법칙이라고 합니다.이 법칙은 자기장 속에 있는 도선에 전류가 흐를 때 자기장의 방향과 도선에 흐르는 전류의 방향으로 도선이 받는 힘의 방향을 결정하는 규칙으로 전동기의 원리와도 관계가 깊습니다.즉, 자기장 속에 있는 도선에 전류가 흐르면 움직이는 전하에 작용하는 로렌츠힘에 의해 도선도 힘을 받습니다. 플레밍의 왼손법칙을 사용하면 자기장의 방향과 전류가 흐르는 방향을 알 때 도선이 받는 힘의 방향을 결정할 수 있습니다. 플레밍의 왼손법칙에 따르면 도선 내의 전기에너지는 자기장 속에서 운동에너지의 형태로 전환될 수 있습니다. 이것이 전기에너지를 사용하여 회전운동을 하는 전동기의 기본 원리입니다. 선풍기의 날개 뒤쪽에도 전동기가 있으며, 이때 전동기는 전기에너지를 운동에너지로 변환하는 에너지전환장치라 볼 수 있습니다.플레밍의 왼손 법칙을 응용한 것- 선풍기 : 모터로 날개를 회전시킵니다.- 청소기 : 모터로 밖에 공기를 빨아들입니다.- 냉장고 : 모터로 압축기를 돌려 증발기속의 냉매를 흐르게 하여 기화열을 얻습니다.- 제동장치 : 전자석의 힘으로 움직이는 물체에 제동력을 가합니다.- 릴레이 : 전자석의 힘으로 큰 전류를 흘릴수 있는 접점의 ON/OFF를 제어 합니다.- 휴대폰의 진동모드 : 모터 축의 중심에 중심이 어긋나게 작은 회전체를 붙여 진동을 일으킵니다.- 대문개폐기 : 전자석을 이용하여 대문의 잠금쇠를 눌러 대문을 엽니다.
Q. 흑연 물질의 전도성에 대해 궁금합니다.
안녕하세요. 흑연은 탄소의 일종으로, 각 탄소 원자들이 서로 3개씩 결합하여 평면 구조를 이루고 있습니다. 이러한 구조로 인해, 흑연은 전기를 전도할 수 있는 특성을 가지고 있습니다.이는 흑연의 전자 구조와 관련이 있습니다. 흑연의 탄소 원자들은 4개의 전자를 가지고 있는데, 3개의 전자는 다른 원자와 결합하고 남은 1개의 전자는 자유롭게 이동할 수 있습니다. 이 자유 전자들이 전류를 형성하면서 전기를 전달하는 것입니다.또한, 흑연은 고체 상태에서 분자들이 서로 떨어져 있지 않고 서로 끌어 당기는 평면 구조를 가지고 있기 때문에, 전자가 이동하기 쉬운 구조를 가지고 있습니다. 따라서 흑연은 전기 전도성이 높은 물질 중 하나입니다.
Q. 리모컨에 쓰이는 AA건전지 혹은 AAA건전지 질문이요.
안녕하세요. 네 말씀하신대로 1차전지가 맞고, 충전하는 방법은 없습니다. 1차전지가 충전이 안되는 이유는 아래와 같습니다.배터리를 공부하시면 +극과 -극 모두에서 반응 방향에 따라 산화 반응이 일어날 수도, 환원 반응이 일어날 수도 있음을 알 수 있습니다. 전공으로 공부하지 않는다면 굳이 배울만한 상식은 아니니까요.배터리는 화학 반응을 통해 나타나는 전압에 대한 에너지를 이용하는 겁니다. 상세적으로 이해하기에는 많이 복잡합니다만, 전기에 대한 설명을 물과 폭포로 비유하는 것을 보신 적이 있을 거예요.질문자님께서도 말씀하셨듯 이해를 쉽게 도와보자면, 전압은 폭포의 위치에 해당되고, 전류는 폭포의 세기쯤으로 비교할 수 있습니다. 실생활에서 비유를 하자면. 어떤 플라스틱 통에 물을 가득 채우고 아래에 구멍을 뚫게 되면, 물의 높이가 높을수록 압력의 세기에 의해 물줄기가 빠르고 강하게 나오는 것을 확인하실 수 있습니다.그러나 시간이 점차 지나면 어떻게 되나요? 물높이가 낮아지면서, 압력이 낮아지게 되고, 쏟아져나오는 물줄기가 점차 약해질 거예요.화학반응이 이와 같습니다. 양극과 음극에서는 각각의 화학적 반응이 일어나는데 반응이 일어나면 일어날수록 반응물이 줄어들어 반응이 약해지게 되고, 이는 방전의 형태로 나타나는 거죠. 그런데 이차전지의 경우 외부에서 에너지를 가해주어 화학반응이 반대로 일어나게 할 수 있습니다. A에서 B로 갔던 반응을, B에서 A로 가게 만드는 거예요. 이 과정을 충전이라고 하고, 위에서 비유를 한 폭포에 대입해보면, 쏟아진 물들을 위로 다시 끌어올리는 능력 정도로 보면 되겠네요.물이 떨어지는 것은 자발적인 과정이죠? 그래서 A에서 B로 갔던 자발적인 반응(물이 위에서 아래로 떨어짐)을, 외부의 힘을 통해 비자발적인 B에서 A로 가는 반응을 일으키고(떨어진 물을 다시 위로 끌어올림), 다시 자연스레 A에서 B로 일어나는 과정(그대로 두면 물은 다시 자연스레 아래로 떨어질 것)을 볼 수 있다는 거죠.그런데 일차전지의 경우 위의 과정이 불가능합니다. 반응이 하나의 방향으로만 일어나서, 반응물이 줄어들고 생성물이 축적되면서 반응이 점차 약해지다 반응이 더이상 일어나지 않게 되거든요. 반응을 역방향으로 일으킬 수(충전)도 없어, 더이상 이용할 수 없게 되는 것입니다. 왜 더이상 충전할 수 없냐 물어본다면 전극의 화학식에 관계가 있습니다. 이건 질문 선에서는 어렵고, 필요 외의 이야기이니 설명은 생략하도록 하고요.질문에서 물체라고 표현하신 부분은, 아무래도 물질이라고 나타내는 게 더 맞을 거예요. 결국 산화물과 환원물이 생성 및 분해되는 과정에 해당하거든요. 이 부분에 대해 생성되는 물질 자체가 에너지가 되는 것이 아닌, 반응이 일어나는 과정에서 생기는 에너지를 이용한다, 라고 생각하시면 되겠습니다.정말 깊은 호기심이 생기신다면, 이후에 전기화학 이라는 학문을 공부하시면 보다 자세히 확인하실 수 있습니다.