안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
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.
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.
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.
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.
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.