안녕하세요 설효훈 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 비가오면 하늘이 왜 어두워질까요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 구름은 수증기와 먼지가 응집되어 만들어지는 것으로 비가 내리기 전엔 많은 수증기와 먼지로 이루어져 두께가 상당합니다. 구름의 두께가 두꺼운 경우 빛을 산란하기보다 흡수하게 되는데 지상에 있는 우리 눈엔 산란광이 도달하지 못해 어두운색으로 보이게 되는 것입니다.출처 : 빛의 산란, 하늘의 색을 결정한다!- 한국연구재단 기초연 블로그
화학공학
Q. 왜 비누는 기름진 것을 잘 씻어낼 수 있나요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 비누 분자가 물속에 들어가면 어떻게 될까요? 사람들도 보통 친한 사람들끼리 같이 있는 것이 더 편한 것처럼 화학의 세계에서도 마찬가지랍니다. 비누가 물속으로 들어가게 되면 친수성 부분은 밖으로 위치하여 물과 맞닿게 되고 친유성 부분은 물을 피해 안쪽으로 모이게 됩니다. 그래서 원형구조를 띄게 되는데 이것이 바로 ‘마이셀(micelle)’입니다. 마이셀 구조는 세탁의 원리를 설명하는 데 중요한 요소 중 하나인데요. 이러한 마이셀 구조가 어떻게 기름때를 제거해 줄까요?1출단계 : 피부나 섬유에 기름때와 같은 오염물질의 부착2단계 : 물속에서 비누 분자의 친유성 부분이 기름때의 표면에 달라붙음3단계 : 물리적인 힘을 가해주면 점점 2단계가 진행됨4단계 : 최종적으로 기름때가 마이셀 구조로 피부나 섬유에서 제거됨비누 분자는 이렇게 4단계의 과정으로 기름때를 제거하게 된답니다. 마지막 단계에서 비누 분자가 피부나 섬유에 달라붙어 기름때가 다시 달라붙는 것을 막아주는 역할 또한 해준답니다. 또한, 비눗물이 뿌옇게 보이는 이유는 생성된 마이셀로 인해 빛이 분산돼서 비누가 뿌옇게 보이는 거랍니다. 생각보다 간단하고 흥미롭지 않나요? 평소에 비누로 손을 씻을 때 이러한 과정을 한번쯤 생각해 보는 것 좋을 것 같습니다.출처 : LG케미토피아 - 물도 좋고 기름도 좋아, 비누의 원리
화학공학
Q. 플라스틱은 재활용 과정이 어떻게 되는지 궁금합니다.
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다.폐플라스틱 재활용 기술 1. 물질 재활용 기술(Material Recycle) 물질 재활용은 재활용이 어려운 재질의 플라스틱을 선별하고 이물질이 묻어 더러운 플라스틱을 세척하는 과정을 통해 재생원료로 재활용하는 방식입니다. 쉽게 말해 폐플라스틱을 물리적으로 가공해 다시 플라스틱을 생산하는 것인데요. 재질선별과 세척공정을 거친 폐플라스틱 조각들을 재생압출기를 이용해 일정한 크기의 플라스틱 조각인 ‘펠렛(Pellet)’으로 만들어 재생원료로 사용합니다. 2. 화학적 재활용 기술(Chemical Recycle) 물리적인 가공을 통해 재활용하는 물질 재활용 기술과 달리 화학적 재활용 기술은 탄화수소 등의 성분으로 분해하여 재활용하는 방법입니다. 주로 열분해 및 화학반응 공정을 통해 이루어지며, 종류별 고도분리작업이나 오염된 폐기물에 대해 크게 민감하지 않아 물질 재활용 공정보다 유리하다는 장점이 있습니다. 3. 열적 재활용 기술(Thermal Recycle) 플라스틱 폐기물의 원료는 석유로 되어있어 발열량이 크기 때문에 연료화가 가능합니다. 폐플라스틱을 연료화시키는 열적 재활용 기술에는 ‘RDF(Refuse Derived Fuel)’와 ‘RPF(Refuse Plastic Fuel)’이 있습니다. 두 방법 모두 폐기물에서 가연물을 선별해 제조한 신재생 에너지라는 공통점이 있지만, RDF는 일반 생활 폐기물, RPF는 폐플라스틱이나 목재와 같은 산업 폐기물이 원료가 된다는 차이점이 있습니다. 또한, 열적 재활용 기술을 통해 그동안 재활용이 불가능했던 식품 봉지 등 필름류도 재활용이 가능해졌는데요. 하지만 여전히 소각 시 유해 배출물 발생에 대한 기술적 보완이 필요한 단계입니다.1. 수동 분리 - 수작업으로 분리하는 것은 가장 오래되고 간단한 방법입니다. 개발도상국에서는 쓰레기 수거 담당자가 이 작업을 수행하지만, 재활용 센터에서는 작업자가 컨베이어 벨트에서 물건을 골라냅니다. 이 방법은 기술과 투자 수준이 낮지만 인건비가 높습니다. 많은 플라스틱 제품에는 식별 코드가 있지만 작업자가 이를 찾을 시간이 거의 없기 때문에 비효율성과 일관성 문제가 발생합니다. 고급 시설조차도 분류 오류를 해결하고 수정하기 위해 수동 피커를 유지합니다.작업 조건이 비위생적 일 수 있습니다. 2. 밀도 분리 - 플라스틱은 밀도의 차이를 이용하여 분리할 수 있습니다. 이 방법에서는 먼저 플라스틱을 비슷한 크기의 조각으로 분쇄하고 세척한 후 중력 분리를 거칩니다. 이는 공기 분류기 또는 하이드로 사이클론을 사용하거나 습식 플로트 싱크 방법을 통해 달성할 수 있습니다. 일부 폴리머는 밀도가 비슷하기 때문에 입니다. 츌처 : 사이언스온 - 폐플라스틱 재활용 기술
전기·전자
Q. 전기자동차 배터리도 무선 충전이 되나요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 최근 개발된 '자기공진방식' 충전시스템은 충전기에 해당하는 컨버터에 전력이 공급되면 충전 시스템의 자성체 패드와 차량 하단부의 자성체 패드가 공진을 하면서 전력이 전달되고, 이렇게 전달된 전력은 차량 시스템의 컨버터를 통해 배터리에 저장되면서 충전이 이뤄지는 원리입니다. 이럴 경우 케이블이 필요가 없기 때문에 케이블을 꽂는 불편함은 사라지고, 케이블 무게도 차에서 줄일 수 있습니다. '전자기파방식'은 수백미터 떨어진 충전기가 수백 MHz에서 수 GHz 대역을 사용해 원격으로 전력을 보내고 센서가 전기에너지를 수집하는 형태로 원거리도 가능하지만 아직은 개발 초기 단계입니다. 운전만 해도 충전이 된다? 최근에는 이동 중 충전하는 신기술도 개발되고 있습니다. ‘급전 선로’ 위로 전기차가 주행하기만 하면 무선으로 배터리를 충전하는 방식입니다. 이 기술이 상용화하면 기존 전기차 배터리 용량을 3분의 1로 축소할 수 있다고 합니다. 이동 중 충전이 지속적으로 가능하기 때문에 큰 배터리가 굳이 필요하지 않기 때문입니다. 배터리 크기가 줄어들면 소비자 부담도 맞춰서 줄일 수 있습니다. 배터리 생산을 위한 자원 절약과 환경 문제에도 도움이 되니 일석삼조입니다. 출처 : [Specialized Info] 자동차도 무선충전 되게 해주세요!! - 한국산업기술시험원
화학
Q. 불꽃놀이 할 때에 불꽃의 색상이 각기 다른 것은 어떤 이유인가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 불꽃은 금속의 연소반응과 불꽃반응 원리로 만들어집니다. 각 금속들이 화약과 함께 연소하면서 산소와 결합하는데 이 때 금 속에 따라 서로 다른 색갈의 빛을 지닌 불꽃을 내는 것입니다.알루미늄(Al)은 은색(백색), 나트륨(Na)은 노란색, 스트론튬 (Sr)은 붉은색, 구리(Cu)는 파란색, 바륨(Ba)은 녹색으로 연소 합니다. 보라색는 붉은색과 푸른색을 합치면 되는 것처럼 스트 론튬(Sr)과 구리(Cu)를 함께 연소시키면 되는 것이지요.출처 : 바이오케미스트리 - 불꽃놀이 '불꽃'에 숨은 과학
전기·전자
Q. 초음파진동으로 안경닦는 원리는?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 안경점에서 안경을 세정할 때 사용하는 도구를 본 적이 있을 것 입니다. 이러한 세정은 초음파를 이용한 방법으로, 물에 초음파를 발생시키면, 수중에 음파가 발생해 그 진동에 의해 수많은 거품이 발생하게 됩니다. 이 때 거품이 진공청소기와 같은 역할을 해서 안경의 표면에 붙어 있는 이물질을 떼어내게 됩니다. 발생된 음파는 1초에 수만 번 용액을 진동시켜, 거품을 발생, 소멸 시키기 때문에 마치 빨랫방망이로 두드려서 세탁하는것과 비슷한 효과를 나타내기도 합니다. 세정 성능이 훌륭하기 때문에 생활 속에서 초음파와 가장 밀접한 관련이 있는 분야는 바로 세척분야 입니다. 어떤 물체를 물에 넣고 물 속에서 초음파를 일으키면 겉 표면은 물론 틈새에 낀 이물질까지 제거할 수 있고 이런 초음파 기술을 응용하면 과일이나 야채에 묻은 농약이나 식기에 묻은 오염물을 제거하게 됩니다.출처 : 한빛안과의원 - 초음파 안경 세척기 원리가 무엇일까?
전기·전자
Q. Ai는 어떻게 사람 생각을 가질 수 있는 건가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 아직까지 인공지능은 단지 사람이 주입시킨 데이터로만 생각하고 행동하게 코딩되어 있습니다. 그래서 만든 사람의 생각이나 관념등이 포함되어서 그 사람과 비슷하게 생각할수 있는 것입니다. 추후에 과학이 더 발달되면 가능하지 싶습니다.
토목공학
Q. 하수 처리장에 오염된 물을 맑은 물로 만드는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다.01. 하수유입가정에서 사용하고 버린 물은 하수관로를 통해 환경사업소로 유입됩니다.02. 침사지하수와 함께 온 흙, 모래 등 비중이 큰 물질은 침전시키고, 플라스틱병 등 물에 잘 뜨는 물질은 스크린을 통해 걸러내어 하수처리 시설물을 보호합니다.03. 유입펌프침사지 및 유입펌프의 수위를 조절하고 유입된 하수를 펌프를 이용하여 일정량을 최초침전지로 송수하기 위한 펌프시설입니다.04. 최초침전지유입된 하수는 1.5시간 체류하면서 침전성 고형물을 침전시킨 후 생물반응조에 보내집니다. 이 때 가라앉은 찌꺼기는 수집기로 긁어모아 농축조로 보냅니다.05. 생물반응조최초침전지에서 유입된 하수는 미생물에 의해 하수 중 유기물질과 질소 및 인을 생물학적으로 제거하는 시설입니다.※ 폭기 : 유기물질의 왕성한 분해를 위해 하수에 충분한 산소를 공급하는 것06. 최종침전지생물반응조에서 이동해온 혼합액이 약 2.5시간 체류됩니다. 이 과정에서 활성 슬러지는 침전되어 일부는 다시 생물반응조로 반송되고, 잉여오니는 농축기로 보내지며 깨끗한 상등수는 총인처리시설로 보내집니다.07. 총인처리시설최종침전지 유출수를 총인처리시설에서 응집제(염화제2철)을 주입하여 모래와 여과흡착과정으로 인(T-P)을 제거하는 시설입니다.08. 방류총인처리시설에서 인을 제거한 처리수는 법적 방류수 수질기준 이하로 처리되어 양재천으로 방류됩니다.출처 : 과천시분야별포털 - 하수처리과정
화학
Q. 고압선이 인체에 어떤 영향을 주는건가요? 궁금합니다.
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 송전탑의 전자파가 유해하다는 주장은 검증된 바가 없다. 0~300Hz 의 주파수를 사용하는 전자기기들이 송전탑, 헤어드라이기, 청소기, 세탁기 등이다. 그에 반해 라디오, TV, 휴대폰 등에서는 3kHz(3000Hz)~300GHz(300000000000Hz) 대역의 주파수를 사용한다. 송전시에는 60Hz를 사용하는데 주파수가 극히 낮은 값이라 멀리 전파 되지도 않고, 파장이 길어서 에너지도 거의 없다고 보면된다. 또한 다양한 전자파 중 주파수가 300Hz 이하로 매우 낮은 전자파 범위에서 발생하는 것을 극저주파 전자계라고 하며, 우리가 사용하는 가전제품이나 송전선로에서 나오는 것이 여기에 속한다. 더불어 전자계는 인체에 축적되지도 않고, 유전자를 손상시킬 만한 에너지도 없다. 자석의 힘이 멀리 못 미치는 것처럼 거리가 멀어지면 전자계의 세기는 급격하게 감소한다. 송전탑에서 100m 떨어지면 냉장고에서 나오는 전자계와 동일한 수준이다.전자기파 문서에서도 알 수 있지만 이게 확실히 몸에 나쁜 것인지 결론을 내리기에는 논란의 여지가 너무 많다. 유해성 논란 때문에 광명시와 같은 일부 지역에서는 지자체나 주민의 요구로 지중화(지상에 있는 송전탑과 고압선을 없애고 지하로 매설)되는 경우도 있다. 그러나 지하에 매설한 경우, 지면에서 거리가 가까워져서 송전탑보다 전자파는 오히려 더 높아져서 문제가 있다고 한다. 특히 축대 위 도로의 지하에 매설된 경우, 해당 축대 옆 전자파는 더욱 높아진다. 최근 공사중인 경남 양산시의 사송신도시 또한 지중화로 진행한다고 한다.애초에 전자파 자체가 암을 유발한다는 확실한 근거가 부족하다. 세계보건기구에서는 전자파를 암 유발 가능성이 있는 물질인 2B 그룹에 포함시켰다. 세계보건기구는 발암물질을 폭넓게 잡고 있다."고 덧붙였다. 몇 가지 오해를 풀어야 한다면서 "발암물질이 곧 암을 유발하는 것은 아니고 확률의 개념으로 봐야 한다. (암에 걸릴) 확률이 좀 올라간다는 것."이라고 강조했다. 햇빛도 피부암을 일으킬 수 있다는 이유로 발암물질로 지정되어 있는데 고산지대의 경우 정말 피부암의 원인이 되기도 한다.출처 : 나무위키 - 송전탑
지구과학·천문우주
Q. 천둥 번개는 어떤 원리로 생기는 걸까요?
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 폭풍이 몰아치면 먹구름 속에서 물방울과 작은 얼음들이 부딪치며 마찰을 일으킵니다. 이 마찰로 얼음이 물에게 전자를 빼앗긴 채 상승하는데요. 이때 전하가 분리되어 있는 구름, 뇌운(번개구름)이 만들어집니다. 그 결과 구름 위쪽은 양전하를, 구름 아래쪽은 음전하를 띠는데, 둘이 만나 순간적으로 강력한 전기를 만드는 것을 번개라고 합니다. 번개는 뇌방전 동안 발생하는 매우 밝은 불빛을 가리키는 말입니다. 뇌방전(雷放電), 즉 뇌운의 전하가 방전하는 현상을 말합니다. 뇌방전의 종류에는 뇌운에서 대지로 전하를 방출하는 낙뢰와 뇌운 내부에서 일어나는 운내방전, 뇌운과 다른 뇌운사이에서 일어나는 운간방전, 그리고 뇌운과 주위 대기 사이에서 일어나는 대기방전으로 구분됩니다! 뇌방전이 발생하면 전하가 이동하는 방전통로(번개줄기)에는 태양 표면의 온도보다 약 4배 이상 뜨거운 2만 7000도씨 정도의 열이 발생합니다. 이때 방전통로의 압력이 상승하여 주변 공기가 급속히 팽창하면서 충격파음이 발생하는데!! 이 커다란 소리가 바로 천둥입니다. 즉, 뇌방전시 방전통로의 높은 에너지가 소멸되는 과정에서 빛과 소리의 형태로 변환되는데 이 때의 불빛이 번개이고, 소리가 천둥인 것이죠.출처 : 한국전기연구원 - 천둥번개의 원리는 뭘까?