안녕하세요 원형석 전문가입니다. 최선을 다해 답변드리니
Q. 지구는 어떻게 해서 생겨나게되었나요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.시기지구의 역사46억년전지구의 탄생38억년전최초의 생명 탄생5억 7천만년전고생대 시작, 삼엽충 출현5억년전필석류 번영, 갑주어 등장4억 3천만년전육상식물 및 폐어류 츌현3억 9500만년전양서류 출현3억 4500만년전원시파충류 출현, 대형 곤충류2억 8천만년전포유류와 우사한 파충류 및 나자식물 등장2억 2500만년전중생대 시작1억 9천만년전원시포유류, 시조새, 익룡 출현1억 3600만년전속씨식물 등장6500만년전신생대 시작5400만년전영장류 출현3800만년전말,무소,낙타의 선조 출현2600만년전코끼리의 출현700만년전초식성 포유류의 번성과 발전250만년전신생대 제4기 시작1만년전인류 출현
Q. 증기기관차의 발명원리는 어떻게 되나요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.증기기관차는 증기의 힘으로 달리는 기관차이고 전기 기관차는 전기의 힘으로 달리는 기관차입니다역사적으로는 증기 기관차가 오래 된 기술이고 전기기관차가 최신 기술입니다 인류의 문명이 발전하게 되는 결정적인 게기가 영국의 산업혁명이고 이 산업혁명은 그동안 사람 힘으로 하던 모든 일을 증기기관이라는 기계를 이용하게 됨으로서 대량 생산의 길을 열게 된 것입니다 그전까지는 물건을 사람 손으로 직접 만들었지만 증기기관의 발명으로 공장에서 기계의 힘으로 만들게 된 것이지요 증기 기관은 물을 끓여 나오는 수증기의 힘으로 기계를 돌리는 장치로서 이 때부터 사람대신 기계의 힘을 이용하는 문명의 발전이 시작된 것입니다 그래서 증기기관의 발명이 인류의 역사에 끼치는 영향은 엄청나게 큰 것입니다 증기 기관차는 당시 운송수단으로 사용되던 마차를 끌고가는 말의 힘이 한정되어 있어서 공장에서 생산하는 많은 물건을 제대로 운반하지 못하자 산업 발전에 따를 수요 증가에 맞도록 더 많은 짐을 더 빠르게 수송하기 위한 방법을 개발하면서 증기기관의 원리를 이용하여 영국의 스티븐슨이 발명한 것입니다 증기 기관차는 증기를 만드는 보일러와 석탄, 그리고 물을 실고 보일러에서 만든 증기를 이용하여 증기기관으로 바퀴를 굴러가게하는 구동장치를 개발하여 기관차를 달리게 하였습니다 "증기기관을 차량에 응용한 것은 18세기 후반부터 영국 등에서 시도되었으나 1814년 G.스티븐슨이 증기기관차의 시작에 성공하여 1825년에 만든 로커모션호는 이해에 개업한 세계 최초의 철도 스톡턴∼달링턴 철도에서 실용화에 성공하였다. 이 기관차는 약 90t의 객·화차를 견인하여 시속 16km의 속도로 주파하였다고 한다. 그후 1829년 리버풀맨체스터철도의 개업을 앞두고 기관차경주가 행해졌는데 스티븐슨과 그 아들이 만든 로켓호는 최고시속 46km를 내어 우승함으로써 증기기관차의 우수한 성능과 실용가능성을 일반이 인식하게 되었다. 그후 증기기관차는 각국의 철도에 채택되어 장거리주행을 위하여 석탄과 물을 다른 차량에 적재하여 견인하는 텐더 기관차가 출현하였으며, 속도를 증가하기 위하여 동륜(動輪) 지름을 크게 하는 등의 시도가 이루어져 모두 실용화되었다. 기관차의 대형화는 19세기 말까지 크게 진척됨에 따라 견인력도 점점 증대하였다."(출처 : '증기기관차와차의발달좀' - 네이버 지식iN) 증기 기관차는 당시 마차에 의존하는 수송 수단보다 몇십배를 한번에 수송하는 혁명적인 변화를 가져와서 사회적인 변화를 만들게 됩니다. 그런데 증기 기관차는 보일러, 석탄, 물 그리고 증기기관까지 실고가기 때문에 무게가 엄청나게 무겁기 때문에 마차처럼 보통 도로를 달리지 못하여 기관차가 다닐수 있도록 레일을 깔아 별도의 철도를 만들게 됩니다. 이렇게 만들어진 철도를 따라 사람들이 타고 내리는 정거장이 만들어지고 이에 따라 이 정거장 주변이 발달하여 도시가 만들어 지게 됩니다증기 기관차의 발명으로 인구 집중이 가능하게 되어 비로소 대규모 도시가 많이 만들어지게 된 것입니다. 이때부터 유럽에서 농촌에 골고루 퍼져 살던 사람들이 도시로 모이게 됩니다 그런데 이 증기기관차는 반드시 증기가 있어야 하기 때문에 이 증기를 생산하기 위한 물과 연료인 석탄을 실고 다니게 되고 또 석탄을 태우는 과정에서 엄청난 석탄분진과 매연이 발생하여 도시 내부에서 운행하기에는 적당하지 못하여 이를 대체할 새로운 기술을 기다리게 됩니다영국 런던에서 최초의 지하철은 이 증기 기관차가 운행하였다고 합니다땅속에서 매연을 품고 달리는 증기 기관차 지하철을 상상해 보세요 전기기관차는 독일에서 최초로 상업화가 됩니다그 유명한 독일 지멘스라는 사람이 만든 회사에서 1900년대 초반에 전기기관차를 만들어 운전에 성공하여 유럽의 모든 도시에서 도시교통 수단으로 이 전기 기관차가 폭발적으로 보급됩니다우리가 전차라고 알고있고 우리나라에도 한때 종로에 다녔다는 전차는 자동차가 개발되기 전에 나와서 당시 모든 도시의 중요한 교통수단이 되어 당시 도시교통을 대부분 소화하엿지요이 전차는 매연도 없고 소음도 없으며 증기기관차보다 가벼워서 도시 교통수단으로는 큰 인기를 끌었지요하지만 여전히 도시 사이를 연결하는 철도는 여전히 증기기관차가 승객과 화물을 운반하였습니다 왜냐하면 당시 기술로는 증기기관차보다 빠르거나 힘이 센 전기기관차를 만들지는 못하였거든요 제2차 세계대전이 끝나고 전쟁중 개발된 많은 기술이 활용되면서 새로운 휘발유 엔진과 디젤엔진 기술이 자동차라는 새로운 교통수단을 만들게 됩니다하지만 당시 전기를 제어하는 기술은 컴퓨터가 나오기 전이라서 전기기관차는 그다지 발전하지 못하여 그 결과 2차 세계대전이 끝나면서 대부분의 도시 내부는 자동차가 이 전차를 대체하게 되었고 외부 철도는 디젤 기관차가 증기기관차를 대체하게 되었습니다 그런데 사실 디젤 기관차는 엔진만 디젤일 뿐 실제 기관차를 움직이는 장치는 전기모타로서 기관차 속에 설치된 디젤엔진으로 발전기를 돌려 전기를 생산하고 이 전기로 기관차 바퀴에 연결된 모타를 움직이는 전기기관차의 일종입니다 당시 기술로는 전기를 가지고 엄청나게 무거운 기관차의 속도와 힘을 직접 통제하기 어려운 반면 이 전기를 만드는 디젤기관의 출력을 조절하기는 쉽기 때문에 디젤기관차가 널리 보급된 것입니다. 또한 전기 공급을 위한 전차선을 철도에 건설하려면 비용이 많이 드는데 디젤기관차로 운행하면 그런 비용이 들지 않아 경제적인 면도 영향을 주었던 것입니다 이후 컴퓨터가 발명되고 이 컴퓨터를 이용하여 전기를 다루는 기술이 발전하여 모터의 힘과 속도를 마음대로 제어할 수 있게 되면서 전기기관차는 눈부시게 발전하게 됩니다 현재 고속열차가 빠르고 안전하게 달리고 있고 지하철은 도시속에서 매일같이 많은 사람을 운반하고 있습니다이제는 우리 나라에서도 철도에 전차선을 설치하여 시끄럽고 비효율적인 디젤기관차를 전기기관차로 바꾸는 전철화 작업을 진행하고 있지요. 전기기관차가 훨씬 빠르고 조용하며 환경 친화적이기 때문에 앞으로 우리나라 철도는 대부분 전기기관차로 바뀔 것입니다 하지만 미국같이 땅이 넓은 나라는 전기 공급시설비용이 많이 들어 디젤기관차를 이용하는 것이 경제적이겠지만 일본은 벌써 거의 대부분의 철도에 전기 기관차가 다니고 있습니다 이제 증기기관차는 박물관에 가야 만날수 있습니다. 물론 아직 경제적으로 어려운 나라에서는 운전이 간편한 증기기관차를 사용하기도 하지만 속도가 느리고 매연, 소음 등의 문제가 많아 차차 사라질 수밖에 없다고 봅니다. 하지만 몇몇 관광 철도에서는 이 증기기관차가 추억속 여행을 즐기고 싶은 승객을 싣고 앞으로도 오랫동안 칙칙폭폭하며 달릴것입니다.
Q. 뜨거운 물이 차가운 물보다 왜 더 빨리 얼까요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.안녕하세요 저도 그 실험에 대해 지금 보고서를 쓰고있는데요 생각보다 실험이 잘 되지 않는군요 ㅜ어쨌든, 그 실험이 음펨바 효과라고 하는군요 그 현상에 대해서 쓴 제 보고서를 잠시 옮겨 적을게요 고온의 물이 저온의 물보다 더 빨리 어는 현상을 음펨바 효과 (Mpemba effect)라고 한다. 이는 탄자니아의 에라스토 음펨바 (Erasto B. Mpemba)의 이름을 딴 것으로, 발견자인 음펨바는 마감바 중학교에서 당시 3학년이던 1963년에 이 현상을 처음으로 보게 되었다. 음펨바는 아이스크림을 만드는 것을 배우는 조리 수업 중에 우유와 설탕을 혼합한 용액을 뜨거운 상태로 냉장고에 넣어 얼렸는데, 식히고 나서 얼린 것보다 먼저 어는 것을 발견하게 되었다. (이하 생략)
Q. 알카라인 건전지의 원리가 궁금합니다.
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.보통의 건전지는 아연-카본 배터리로서 때로는 Leclanché cell, 이라고 부르는 데 정격 전압은 알카라인 배터리와 같은 1.5V 이다(그 이유는 둘다 같은 조성물로서 아연-이산화 망간을 사용하기 때문이다).표준형 건전지의 구조는 아연이 애노드(음극)로서 원통형으로 생겼고 카본 막대가 캐소드(양극)으로서 가운데 박혀 있다. 전해액은 염화암모늄이 페이스트(죽) 같은 형태로 아연 애노드 부근에 있다. 전해액과 카본 케소드 사이의 나머지 공간은 염화암모늄과 2산화망간으로 구성된 2차 페이스트로 체워져 있으며 이 물질은 감극제로서 작용한다. 현대식 이른바 "하이파워" 배터리는 염화암모늄 대신 염화아연을 사용한 것이다.
Q. 비오기 전에 관절이 아픈 이유가 뭔가요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.비가 오기 전에는 기압이 매우 낮아서 기압이 너무 낮으면 그것도 압력이 있어서 그 기압의 압력 때문에 손목, 발목, 무릎 관절이 아픈 겁니다.