안녕하세요 원형석 전문가입니다. 최선을 다해 답변드리니
Q. 보통 로켓이 중력을 극복하는데 필요한 에너지가 어느정도인가요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.로켓은 자신의 질량을 급격하게 뒤로 버림으로 해서 추진하게 됩니다.그런데 이게 공기중에선 공기의 반작용 때문에 잘 들어맞지 않게 됩니다.반대로 우주 공간에선 아무것도 없다고 가정할 수 있기 때문에 저항력이 존재하지 않습니다. 따라서 일단 중력권을 탈출하여 우주로 돌입한 우주선은 아주 조그마한 힘에도 가속이 됩니다. 물론 힘이 적다면 우주선 자체의 질량 때문에 가속이 더디게 됩니다만...성층권에 도달한 우주선 역시 아주 희박한 대기 때문에 그리 어렵지 않게 가속할 수 있게 됩니다. 다만 질문 하신것 처럼 11.2km/s의 속도까지 가속하기 위해선 엄청난 질량을 뒤로 버려야 합니다. 지구를 공전하다 탈출하는 이유는 가속을 천천히 해서 연료를 절약하기 위함입니다. 곧바로 11.2km/s로 가속하여 수직으로 중력장을 탈출하는것 보다는 지구를 2바퀴 정도 돌면서 서서히 가속하여 탈출속도인 11.2km/s로 가속하는게 훨씬 에너지가 절약되기 때문이죠. 아폴로에서 사용한 연료는 수소이고 산화제로 산소를 합니다. 액체 수소와 산소는 가장 쉽게 구할 수 있는 연료이고 또한 연소시키기에도 좋은 연료이기 때문입니다. 다만 액체상태이기 때문에 장기 보관이 어려워 출발 직전에 로켓의 연료통에 집어 넣습니다.대기중에선 연소의 결과로 나타나는 열에 의해 팽창되는 공기에 대한 반발력 (작용과 반작용)으로 추진이 되지만 우주선은 자신의 질량을 빠르게 뒤로 버림으로 해서 그에 대한 반발력으로 추진하게 됩니다. (질량 보존의 법칙)인공위성의 제어장치는 조그마한 보조로켓을 이용합니다.또한 지구를 향한 안테나 혹은 카메라, 탐지장치의 방향성을 유지하기 위해 모든 인공위성은 회전을 합니다. 팽이가 중심을 잡고 있는것 처럼..무궁화 1호가 궤도 진입에 실패하여 보조로켓을 이용하여 궤도에 진입시키느라 로켓연료를 많이 소진하여 수명이 짧아지게 된겁니다.일반적인 인공위성은 희박하긴 하지만 대기중에 있기 때문에 공기와의 저항때문에 속도가 떨어져서 궤도 수정을 해줘어야 합니다. 물론 정지위성의 특성상 궤도의 오차가 누적되서 수정해야 하는부분도 있구요..자세제어를 위한 자세 측정장비로는 관성항법, 태양고도측정, 별자리측정, 중력장측정 등등이 사용됩니다.
Q. 친환경 발전소들의 효율이 낮은 이유가 궁금합니다.
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.원전은 현재 사용하고 있는 발전원 중 에너지밀도가 가장 높은 에너지원입니다. 우라늄 1g이 석탄3톤, 석유9드럼과 맞먹는 에너지입니다. 특히 우리나라는 전력소비량이 높고 대부분 제조업체에서 사용합니다. 게다가 70%가 산지라서 태양광, 풍력 설치할 부지가 많지가 않습니다. 육상 풍력 부지는 이미 포화되었고 육상 태양광 부지도 포화될 예정입니다. 그래서 해상 풍력으로 밀고 있는 것입니다. 몇년 전 장마기간이 2개월 가까이 됐을 때 장마기간 동안 태양광의 발전비중이 1%에도 못미쳤습니다. 그만큼 태양광은 날씨변화에 크게 의존을 하고 풍력도 바람이 불지 않으면 발전을 못하고 태풍이 와도 블레이드를 접고 발전을 멈춥니다. 요즘 탄소중립때문에 화력발전을 점차 줄이고 있는 추세인데 그럼 원전과 재생에너지밖에 없습니다. 재생에너지도 날씨, 기후변화에 크게 영향을 받기때문에 날씨, 기후변화와 무관하게 24시간, 365일일정하게 전기를 생산하는 원전이 우리나라에서는 필수입니다. 원전은 발전 중에 탄소를 배출하지 않아 탄소중립 시대에 필수인거죠굳이 따지자면 태양광 패널을 제작할때 발생하는 탄소양보다 원전 건설할때 발생하는 탄소양이 1/4수준입니다. 원전은 에너지 자립도를 높히는 것에 특효입니다. 우리나라 원전 기술은 우라늄만을 제외하고는 전부다 국내 기술입니다. 화력발전의 비용은 80%이상이 석탄, 석유 비용인데 전부다 해외에 의존하고 있죠태양광도 2021년 기준 국내에서 사용하는 태양광 셀의 약 61%가 중국산이었습니다. 태양광 셀이란 태양전지라고도 하며 빛을 받아 전류를 생산하는 중요한 역할입니다. 태양광도 해외에 의존하고 있는거죠2021년 국내의 에너지 해외 의존도를 보면 94%입니다. 94%의 에너지를 해외 기술에 의존한다는 것이죠하지만 원전의 우라늄은 원전 중에 아주 적은 비중을 차지하며 우라늄 가격이 몇배 상승하더라도 원전 발전원가 상승률을 0.몇원 수준입니다. 실제로 국내 원전의 에너지 자립도는 95%이상입니다. 즉 위 나머지 6%중 원전의 에너지 자립도가 95%를 차지한다는 것이죠독일은 탈원전을 하더라도 그나마 재생에너지 비중이 높을 수 있는 이유는주변 국가와 전력망이 연결되어 있어서 전기가 부족하면 수입해올 수 있습니다. 실제로 독일에서 전기 사용이 많은 평일 낮에는 프랑스로부터 전기를 수입하고 있습니다. 하지만 우리나라는 전력망을 연결한 주변국가가 없습니다. 그래서 원전이 필수적이라는 것이고 재생에너지에 크게 의존하다가 블랙아웃은 불가피합니다.
Q. 음식물 처리기의 원리가 어떤건지 궁금합니다.
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.음식물쓰레기를 처리하는 처리방식은 말씀하신 파쇄 분쇄 방식외 건조방식, 미생물방식, 등 다양합니다.건조방식은 전기로 수분믈 말려주는대신 전기료가 많이나오고, 매일처리하며, 부산물도 음식물쓰레기로 버려야하는 등 추천 대상이 못됩니다.미생물방식은 가장 좋은 방식도 있고, 가장 나쁜 방식도 있습니다나쁜 미생물 방식은 액상방식이라고 100% 하수도로 흘려보내는 소멸방식은 환경에도 않좋고 자원화도 못하므로 폐기물관리법상 불법입니다.가장 좋은 방식으 미생물방식은 90%정도 줄려주면 나머지는 퇴비로 활용하고, 전기료는 건조식 대비 절반도 안되고, 국물 배출도 안하는 친환경 방식입니다.파쇄 분쇄 방식은 말씀하신 뼈 종류는 일반쓰레기로 버리는 것이 타당하며, 처음에는 되다가 일정 시간이 지나면 고장의 원인이 되기도 합니다.또한 폐기물관리법상 고형물의 20% 미만으로 배출하는 기준이면서 음식물쓰레기 배출량이 많은 곳에 많이 사용하고 있습니다만 가정에서는 일부만 줄여주고 나머지를 음식물쓰레기로 버려야 하므로 비추입니다 음식물처리기의 과거부터 보면 3분류로 발전해왔습니다.1세대 - 분쇄기2세대 - 건조기3세대 - 미생물분쇄는 최근 하수도법에 의한 여러 환경 문제 발생 우려, 건조는 악취발생 및 더시 음식물쓰레기로 버려야 하는 수고로움이 있습니다.그만큼 현재까지 나온 음식물처리기 중 미생물처리 방식이 가장 효율적으로 알려져 있습니다.원리는 통 안에다 남긴 음식물을 넣어두면 미생물들이 흡수하여퇴비 혹은 일반쓰레기로 처리가 가능한 방식인데요.HP 하우스프로젝트 음식물처리기상세 홈페이지를 들어가서 스펙을 확인해보니25L로 큰 내부용량, 최대 98% 소멸 그리고 영구사용 가능한 필터기능이 세가지 정도로 정리가 되겠네요 ^^
Q. 스마트폰과 TV리모콘등은 어떻게 적외선을 만들고 신호를 보내나요??
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.기본적으로는 적외선(IR)을 이용하는 것은 맞습니다. 하지만 그냥 단순히 한쪽에서 적외선을 쏘아주고, 다른 한쪽에서 받는다면 가장 큰 문제는 외부광에 의해 영향을 많이 받는다라는 것입니다. 햇빛,백열전구,자동차 헤드라이트...이들광원에서는 적외선이 많이 포함되어 있습니다. 따라서 이런 영향을 없애고, 감도를 높이기 위해 송수신 에서는 특정한 주파수(주로 38kHz 때로는 56kHz)로 변조 시켜 줍니다.수신 모듈 내부 블록도인데, 위를 보시면 알겠지만 중간에 BPF가 들어가 있는데, 여기서는 38kHz주파수만 증폭을 시켜줍니다. 따라서 IR LED에서 신호를 보낼때도 그냥 전원을 연결해주는 것이 아니라 38kHz로 on,off 를 시켜줘야 송수신 거리가 10m정도 나옵니다. 그리고 어떤 키를 누를때 어떤 동작을 하느냐하는 것은 각 key대한 코드가 할당되어 있기때문에 가능합니다.IR 리모컨에서 가장 많이 사용하는 방식이 NEC code입니다. 위와 같은 코드입니다. 삼성 코드는 NEC code에서 리드 코드만 약간 변형시킨것이고, 그외 유럽의 경우는 RCA 코드를 주로 사용합니다. 코드는 대체로 커스텀코드+data 코드로 이루어졌는데, 커스텀 코드는 각 회사와 제품에 따라 다릅니다. 그래서 다른회사제품끼리는 리모콘이 동작하지 않죠...그리고 data 코드에 따라서 각 key에 따라 구분해서 동작을 하는 것입니다.
Q. 전철의 전기 공급 방식이 궁금해요
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.전동차는 변전소로부터 전차선으로 공급되는 AC 25,000V(한국철도공사 등 국철 노선), DC 1,500V(서울교통공사 등 도시철도 노선) 전원을 집전장치(팬터그래프)로 받아들여서 이를 전력변환장치(MT : 주변압기, C/I: 주변환기)에서 열차를 움직이기에 적당한 전력으로 변환시켜 견인전동기(TM)로 공급하면 전동기가 회전하고 그 회전력에 의해 추진운전 합니다.이때 +는 집전장치(팬터그래프)가 되고 -는 열차 바퀴를 통해 레일로 흘러가고 다시 변전소로 향하게 됩니다.*코레일 VVVF전동차 AC구간 역행 시 전원 공급 순서변전소 - 전차선 - Pan(팬터그래프) - MCB(주회로차단기) - ADCg(교직절환기) - MF(주휴즈) - 주변압기(MT/ AC 25,00V -> AC 840V x2) - Con(컨버터/ AC 840V x2 -> DC 1,800V) - In(인버터/ DC 1,800V -> AC 1,100V 0~200Hz) - TM(주전동기)회생제동 시 역행 시 전원 공급 순서의 반대로 전원이 흐르게되어 전차선으로 향하여 다른열차의 전원으로 쓰이거나 변전소로 복귀합니다