안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
화학공학
Q. 화학적안정된 상태에서의 이상기체상태 특성이 뭔지가 궁금합니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.이상기체란 계를 구성하는 입자의 부피가 거의 0이고 입자간 상호 작용이 거의 없어 분자간 위치에너지가 중요하지 않으며 분자간 충돌이 완전탄성충돌인 가상의 기체를 의미한다. 이상기체 상태방정식이란 이러한 기체의 상태량들 간의 상관 관계를 기술하는 방정식이다. 압력, 부피, 온도를 각각 P, V, T라고 할 때 PV=nRT로 나타나며 이 때 n은 기체의 몰수이고, R은 기체 상수를 의미하며 8.3143 m3·Pa·K-1·mol-1의 값을 가진다.보일의 법칙온도가 일정할 때 기체의 압력과 부피는 서로 반비례 관계에 있다. 즉 압력을 2배, 3배로 키울 때 부피는 1/2, 1/3이 된다. 이는 1662년 영국의 과학자 로버트 보일이 기체의 압력과 부피 사이의 관계를 조사하여 알아낸 결과로써 이상기체 상태방정식에서 P=nRT/V=상수/V로 표현된다. 공기보다 가벼운 기체가 들어있는 풍선을 놓치면 하늘로 계속 올라가며 부피가 커지다가 결국에는 터지게 되는데 이는 대기압이 고도가 높아질수록 외부압력이 낮아지기 때문이다. 외부 압력이 낮아질 때 풍선의 부피가 증가하는 현상은 보일의 법칙을 극명하게 보여주는 실생활의 한 예이다. 샤를의 법칙1787년 프랑스의 과학자 샤를이 발견한 법칙으로 기체의 압력을 일정하게 유지할 때 기체의 온도를 높이면 기체의 부피가 증가하게 됨을 기술한다. 기체의 부피와 온도 사이에 존재하는 이러한 규칙을 샤를의 법칙이라고 명명하고 V=nRT/P이므로 V와 T는 서로 비례 관계에 있음을 쉽게 알 수 있다. 찌그러진 탁구공을 뜨거운 물에 넣으면 시간이 조금 흐른 뒤 팽팽하게 다시 펴지는 현상을 관찰할 수 있다. 이는 샤를의 법칙에 따라 탁구공의 안의 온도가 올라감과 동시에 내부 기체의 부피가 팽창하기 때문이다.
화학
Q. 평소궁금한건데 액체상태에서 압력전달은 어떻게이루어지고 있는지 궁금합니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.압력이란 단위 면적당 작용하는 힘으로 정의된다. 즉 힘과 면적과의 관계를 식으로 나타내면 다음과 같다. P : 압력, F : 힘, A : 면적 여기서 압력을 논의하는데 있어서 언급되는 유체란 액체와 기체를 모두 지칭한다.액체나 기체로 용기에 채워졌을 때 액체는 용기를 완전히 채우지 못할 수도 있고 이 경우 자유액체표면을 가지지만기체의 경우에는 항상 용기의 전체 체적을 채우게되므로 기체분자는 용기 벽에 충돌하게 된다. 분자가 벽에 충돌하면 용기표면이 기체에 의하여 힘을 받게 된다. 따라서 압력은 벽에 인가되는 힘을 힘이 작용하는 방향에 수직한 표면의 면적으로 나눈 값과 같다 정지되어 있는 액체의 경우 용기의 어느 위치에서 액체에 의하여 인가되는 압력은 액체경계 즉 용기 벽에 수직하게 작용한다. 압력의 단위는 SI단위계에서는 pNewton per square meter (N/m2) 또는 Pascal (Pa)을 사용하는 한편영미단위계의 경우 pounds per square inch (psi)를 사용한다. 이외에도 물이나 수은기둥의 높이(head)로도 압력을 표시하기도 하는데이들 압력단위사이의환산표는 아래와 같다.또한 1 bar = 106dyne/cm2 = 0.1MPa 이고 1 torr = 1mmHg이다.
전기·전자
Q. 급궁금한건데 카오스이론이 물리학에서 어떻게사용되고 있는지가 궁금합니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.카오스 이론(영어: chaos theory)은 동역학계 이론에서 특정 동역학계의 시간 변화가 초기 조건에 지수적으로 민감하며, 시간 변화에 따른 궤도가 매우 복잡한 형태를 보이는 현상이다. 혼돈 이론(混沌理論, 영어: chaos theory 케이오스 시어리[*]) 또는 카오스 이론은 무질서하게 보이는 혼돈 상태에도 논리적 법칙이 존재한다는 이론으로, 혼돈계를 연구하는 수학 분야이다.비선형 동역학계는 다음과 같은 다양한 현상을 보일 수 있다.영구히 정지영구히 팽창(비속박계에 한해서)주기 운동준주기 운동혼돈 운동나타나는 행태의 종류는 계의 초기조건과 존재하는 매개변수의 값에 따라서 결정된다. 혼돈계의 경우 (준)주기 궤도 · 팽창 따위의 현상을 보이지 않으며 매우 복잡한 궤도를 보인다.혼돈계(영어: chaotic dynamical system)는 다음 세 성질들을 만족시키는 동역학계이다.초기 조건에 민감해야 한다.(즉, 초기 조건에서의 작은 변화가 결과에 큰 차이를 가져 오는)[1][2]위상 혼합성을 보인다.조밀한 주기적 궤도들을 가진다.각 조건은 구체적으로 다음과 같다.초기 조건에 민감(영어: sensitivity to initial conditions)하다는 것은 랴푸노프 지수가 양수라는 것이다. 랴푸노프 지수가 양수이므로, 계의 시간 변화는 초기 조건에 지수적으로 의존한다. 흔히 이는 나비 효과로 불리며 혼돈계의 주요 성질로 일컬어지지만, 초기 조건에 대한 민감성은 혼돈계를 정의하는 세 조건 가운데 하나일 뿐이다.
물리
Q. 정자는 작용, 반작용 법칙을 거스르나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.난자는 골반 내로 배란되며 나팔관에서 분비되는 물질로 인해 나팔관입구 쪽으로 이동되고 결국 나팔관 안으로 들어가게 됩니다.정자는 자궁내로 이동하게되면 올챙이처럼 헤엄쳐 나팔관쪽으로 이동하게 됩니다.보통 정자와 난자는 나팔관에서 수정되어 이동자궁내막에 착상하게 됩니다.1. 정자와 난자는 자석처럼 서로 당기는 화학물질 영으로 만납니다.2. 난자는 골반 내로 배란되고 나팔관에서 정자를 만납니다.
지구과학·천문우주
Q. 우주에서 생명체의 존재 가능성은 어떻게 판단하나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.물과 미생물이 존재한다면 생명체가 존재할 가능성이 많습니다. 그래서 달과 화성에서 물의 흔적을 찾고 있는 것입니다.
생물·생명
Q. 페니실린이라는 약은 어떻게 해서 개발됐나요
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.미생물이 존재한다는 사실은 17세기 말에 네덜란드 아마추어 과학자였던 안토니 판 레벤후크(Antonie van Leeuwenhoek)가 오늘날의 현미경에 원형이라 할 수 있는 기구를 만들어 관찰하면서 처음 알려지게 되었다.[1] 이 후 1760년대에 오스트리아 빈의 의사였던 마르쿠스 폰 플렌시즈(Marcus von Plenciz)에 의해 세균 원인설이 본격적으로 주장되었다.[2] 그러나 이는 크게 수용되지 못하고 공기오염이나 불량한 생활 환경 또는 개인 혹은 집단이나 선조의 죄에 대한 징벌로 질병이 비롯된다는 종교적인 생각이 지배적이었다. 치료법 역시 수은, 사혈, 관장, 구토제, 이뇨제, 발한제 등을 많이 사용하였는데 그 부작용이 컸다.[3]유럽에서 미생물에 의한 질병으로부터의 예방방법인 백신접종법을 최초로 만든 사람은 1796년 에드워드 제너이며 그는 천연두를 막기 위해 우두법을 고안해냈다. 하지만 당시 제너가 예방접종의 원리를 알아낸 것은 아니었고, 1885년이 돼서야 파스퇴르가 백신에 의한 질병 예방원리를 알아냈다.[4] 이와 더불어 19세기 말에 파스퇴르와 로버트 코흐 등 의학계의 노력으로 특정 질병은 특정 병원균 때문에 생긴다는 세균병인론이 확립됐다.[5][6] 세균병인론으로 인해 질병에 대한 기존의 생각을 완전히 바꾸는 혁명적인 '패러다임 이동'이 발생했다.그러나 질병의 원인이 되는 미생물을 직접 억제하거나 죽이는 항생제를 찾는 일은 쉽지 않았다. 그중 독일의 에를리히는 매독균을 억제하는 약을 만들기 위해 무려 606번의 실험 끝에 비소화합물인 살바르산 606호를 만들어냈다.[7][8] 당시 매독 치료제로 썼던 수은은 부작용이 많고 효과는 적었는데, 살바르산은 화학요법이 가능하다는 것을 보여준 최초의 사례였다. 그러나 여러 항생물질은 인간에도 해롭다는 것이 문제였다.[4]스코틀랜드 출신 미생물 학자 알렉산더 플레밍이 1928년 여름 포도상구균을 기르던 접시를 배양기 밖에 둔 채로 휴가를 다녀왔다. 휴가에서 돌아온 플레밍은 페트리접시를 확인하던 중 푸른곰팡이가 페트리 접시 위에 자라있고 곰팡이 주변의 포도상구균이 깨끗하게 녹아있는 모습을 발견했다. 푸른 곰팡이가 생성한 물질을 페니실린이라 명명한후 실험을 거듭한 끝에 페니실린이 여러 종류의 세균에 대해 항균작용이 있다는 것을 발견했다. 또한 인간의 백혈구에 전혀 해를 끼치지 않는다는 점과 페니실린을 생쥐에 주사하여도 거의 해가 없다는 사실을 확인했다. 플레밍은 이듬해인 1929년 연구결과를 ‘영국 실험병리학회지’에 발표했다.
생물·생명
Q. 순간이동은 과학적으로 실현 가능한 기술일까요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.과학의 발전은 양자 순간이동에 대한 연구를 미래의 혁신적인 기술로 이끌고 있습니다. 이 글에서는 양자 순간이동의 미래에 대한 가능성과 현실적인 도전에 대해 살펴보겠습니다.1. 양자 순간이동의 기본 원리양자 순간이동은 양자역학의 원리를 기반으로 합니다. 입자의 양자 상태를 다른 곳으로 전송하는 이 기술은 현재까지는 미립자 수준에서의 실험에 그쳤지만, 미래에는 대형 물체의 순간이동이 가능해질 것으로 기대됩니다.2. 정보 전송과 통신의 혁신양자 순간이동은 정보를 순식간에 전송하는 데에 있어서 혁신적인 역할을 할 것으로 예측됩니다. 전통적인 통신 시스템과는 달리 양자 상태의 전송은 빠르고 안전하며 무결성을 보장하여 보안 측면에서도 큰 발전을 가져올 것으로 기대됩니다.3. 우주 여행과의 연결양자 순간이동은 우주 여행 분야에서의 혁신을 약속하고 있습니다. 먼 거리를 물리지 않고 순간이동함으로써 우주 탐험의 한계를 넓힐 수 있으며, 인류의 우주 정복에 새로운 가능성을 제공할 것입니다.4. 도전과제와 윤리적 고려사항양자 순간이동이 미래의 핵심 기술로 발전하기 위해서는 아직 해결되지 않은 다양한 도전 과제들이 남아 있습니다. 물리학적인 제약과 함께 윤리적인 고려사항 또한 심각한 주제로 떠오르고 있습니다.5. 결론: 새로운 세계의 문을 열다양자 순간이동은 현재는 과학의 경지에 머물러 있지만, 미래에는 혁신적인 기술로 우리의 일상을 바꿀 수 있을 것입니다. 도전과제를 극복하면서 우리는 양자 순간이동을 통해 더 넓은 세계를 탐험하고, 미래의 새로운 가능성을 열어나갈 것입니다.
지구과학·천문우주
Q. 화산이 폭발할 때 발생하는 검은 구름이 지구 환경 및 생태계에 어떤 영향을 미치나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.화산의 검은 구름은 화산재와 연기 그리고 유황가스가 혼합된 유해 물질들 입니다. 공기 오염 및 근처 토양이나 해양에 나쁜 영향을 미치게 됩니다.
화학
Q. 겨울철에 원룸에러 보일러를 세게 틀면 습해지나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.보일러를 틀면 공기가 건조해 지고 습기가 사라집니다. 하지만 반지하 이거나 벽면 단열이 잘 않되는 곳은 온도차이로 인해서 결로가 발생하고 곰팡이가 피게 됩니다.
전기·전자
Q. 전기다리미와 전기장판은 어떤 과학적 원리로 작동되는지요
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.다리미와 전기장판에는 열선이 있습니다. 전기를 가하먄 열선이 가열되어서 열을 낼 수 있습니다.