안녕하세요. 안다람 전문가입니다.
Q. 열기관의 작동 원리는 무엇이며, 효율은 어떻게 정의되나요?
안녕하세요. 안다람 전문가입니다.열기관은 열 에너지를 기계적 일로 변환하는 장치로, 그 작동 원리는 다음과 같습니다 고온 열원에서 열(QH)을 흡수합니다.흡수한 열의 일부를 기계적 일(W)로 변환합니다.남은 열(QC)을 저온 열원으로 방출합니다.이 과정은 열역학 제1법칙과 제2법칙에 기반하며, 에너지 보존 법칙에 따라 QH = W + QC의 관계가 성립합니다.열기관의 효율(η)은 투입된 열에너지 대비 얻어낸 기계적 일의 비율로 정의되며, 다음과 같이 표현됩니다:η = W / QH = (QH - QC) / QH = 1 - (QC / QH)이상적인 열기관 모델인 카르노 열기관의 효율은 다음과 같습니다:ηCarnot = 1 - (TC / TH)여기서 TC는 저온 열원의 온도, TH는 고온 열원의 온도입니다. 이 효율이 실제 구현 가능한 최대 효율입니다.열기관의 효율을 높이기 위해서는 열손실을 최소화하고, 고온과 저온 열원의 온도 차이를 최대화하는 것이 중요합니다. 이러한 원리는 발전소, 자동차 엔진 등 다양한 분야에서 응용되고 있습니다.
Q. 파운드리 공정은 어떻게 이루어지는 건가요?
안녕하세요. 안다람 전문가입니다.파운드리는 반도체 제조를 전문으로 하는 공정으로 고객사의 설계 도면을 바탕으로 반도체 칩을 대량 생산하는 사업입니다.팹리스 기업으로부터 반도체 설계 도면을 받습니다. 이 도면은 생산될 칩의 청사진을 역할을 합니다.받은 설계 도면에 다라 웨이퍼를 가공하여 반도체 칩을 생산합니다. 이 과정에서 최신 기술인 5나노 및 3나노 공정과 같은 초미세 공정 기술을 사용하여 더 작고 효율적인 칩을 만듭니다.생산된 칩의 품질과 신뢰성을 위해 철저한 검사를 실시합니다. 이는 제품의 성능과 내구성을 보장하는 중요한 단계입니다.패키징 및 테스트 과정이 있습니다. 일부 파운드리 기업은 이 과정을 외부 전문 기업에 위탁하기도 합니다.파운드리 산업은 고도의 기술력과 대규모 투자가 필요한 분야로 삼성전자와 tsmc가 세계 시장을 주도하고 있습니다. 이들은 지속적인 기술 혁신과 생산 효율성 향상을 통해 경쟁력을 유지하고 있으며 더 작고 빠른 칩을 만들기 위해 끊임 없이 노력하고 있습니다.
Q. 재료가 외부 힘에 반응하는 방식이 기계적 성질이라고 하는데요. 기계적 성질 중 연성과 취성의 특성이 어떻게 되는지요?
안녕하세요. 안다람 전문가입니다.연성과 취성은 재료의 중요한 기계적 성질로 외부 힘에 대한 반응 방시에서 뚜렷한 차이를 보입니다.연성은 재료가 파괴되기 전에 상당한 소성 변형을 겪는 특성입니다. 연성 재료는 높은 에너지를 흡수하며 이는 변형과정에서 외부 응력을 에너지로 변환합니다. 균열이 천천히 안정적으로 전파되며 파괴 면은 거칠고 불규칙합니다. 강철이 대표적인 연성 재료 입니다.반면에 취성은 재료가 파괴되기 전에 거의 변형되지 않는 특성입니다. 취성 재료는 파괴되기 전에 적은 에너지를 흡수하며 균열이 불안정하게 빠르게 전파됩니다. 파괴 면은 평평하고 매끄럽습니다. 연강이 대표적인 취성재료 입니다.연성 재료는 파괴 전에 경고 신호를 제공하는 반면 취성 재료는 갑작스럽게 파괴됩니다. 이러한 특성 차이는 재료의 선택과 설계에 중요한 역할하며 안전이 중요한 구조물에는 연성 재료가 선호되며 취성 재료는 특정 용도에 제한적으로 사용합니다.재료의 연성과 취성을 이해하는 것은 공학 설꼐와 재료 선택에 있어 매우 중요하며 이를 통해 적절한 재료를 선택하고 구조물의 안정성과 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
Q. 기계 공학적으로 가정에서 사용하고 있는 일반 보일러와 콘덴싱 보일러의 차이가 무엇인가요?
안녕하세요. 안다람 전문가입니다.일반 보일러와 콘덴싱 보일러는 기계공학적 관점에서 중요한 차이가 있습니다.열 교환 방식에서 차이가 있습니다. 일반 보일러는 연료 연소 시 발생하는 열을 단순히 물에 전달하지만 콘덴싱 보일러는 연소 열 뿐만 아니라 배기가스의 잠열까지 회수합니다.효율성 면에서 콘덴싱 보일러가 우수합니다. 일반 보일러의 열효율이 80~85% 정도인 반면 콘덴싱 보일러는 90%이상 높은 효율을 보입니다.배기가스 온도에 차이가 있습니다. 일반 보일러는 120~180도의 높은 온도로 배출되지만 콘덴싱 봉리러는 55도 정도로 낮아 열손실이 적습니다.열교환기 구조가 다르며 콘덴싱 보일러는 2차 열교환기가 추가되어 더 복잡한 구조를 가지며 내부식성 재질을 사용합니다.콘덴싱 보일러는 응축수 처리 시스템이 필요하며 일반 보일러는 불필요 합니다. 이런 차이점들로 인해 콘덴싱 보일러는 에너지 효율성이 높고 친환경 적이지만 초기 설치 비용이 더 높을 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 장기적으로는 연료 비용 절감과 환경 보호 측면에서 이점이 있어 점차 보급이 확대되고 있습니다.
Q. 비행기에 설치되는 블랙박스는 얼미나 강한가요?
안녕하세요. 안다람 전문가입니다.항공기 블랙박스는 극도로 강한 내구성을 갖추도록 설계되어 있습니다. 주요 특징으로는 1,100°C의 고온에서 1시간 이상 견딜 수 있는 내열성과 3,400G의 강한 충격을 견딜 수 있는 내충격성이 있습니다.블랙박스는 주로 기체 꼬리 부분에 전략적으로 위치하여 충격을 최소화하며 추락 시 데이터를 보존하기 위해 특별히 설계되어 있습니다. 이러한 특성 덕분에 대부분의 항공기 사고에서 블랙박스를 회수하고 분석할 수 있습니다.그러나 심각한 사고의 경우 블랙박스가 일부 손상될 수 있습니다. 예를들면 최근 제주항공 사고에서는 비행자료기록장치가 일부 손상된 채 수거되었습니다.블랙박스의 강도와 중요성에도 불구하고 심각한 손상이 있을 경우 해독 작접에 상당한 시간이 소요될 수 있습니다. 경우에 따라 미국 국가교통안전위원회와 같은 전문 기관에 분석을 의뢰해야 할 수 도 있으며 이 경우 6개월 이상 소요될 수 있습니다.이처럼 항공기 블랙박스는 극한의 상황에서도 데이터를 보존할 수 있도록 설꼐되어 있어 대부분의 사고에서 중요한 정보를 제공하는 핵심적인 역할을 합니다.