안녕하세요. 이원영 전문가입니다.
기계공학
Q. 우라늄과 플라토늄이 어떤 과학적 원리를 통해 핵무기로 만들어지는지요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.철보다 무거우면서 핵분열이 잘 일어나는 원소로 우라늄(U)과 플루토늄(Pu)이 있다. 천연 우라늄 중 0.7%만이 핵분열이 일어날 수 있는 우라늄-235이고, 나머지 99.3%는 핵분열이 불가능한 우라늄-238이다.무기로 만들려면 우라늄-235의 비율을 90% 이상으로 농축해야 한다. 이를 무기급 우라늄(weapon-grade uranium)이라고 부른다. 우라늄을 0.7%에서 20%까지 농축할 때 전체 시간과 노력의 80% 이상이 소모된다. 반대로 말하면 20%에서 90%까지 농축하는 것은 아주 쉬운 일이라는 뜻이다. 이러한 이유로 국제 핵비확산 체제에서 비핵보유국이 20% 이상으로 우라늄-235를 농축하는 것이 금지되어 있다.플루토늄은 원자로에서 우라늄-238이 중성자를 흡수하여 형성되는데, 천연 우라늄의 대부분을 차지하는 우라늄-238로부터 상당히 많은 양의 고순도 플루토늄-239를 얻을 수 있다. 플루토늄-239는 핵분열성 물질이기 때문에 농축 과정 없이 그대로 핵무기로 사용이 가능하다.
물리
Q. 보통 로켓이 중력을 극복하는데 필요한 에너지가 어느정도인가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.우주에 도달하는 데 필요한 로켓 연료의 양은 사용 중인 로켓의 종류와 고도 등 여러가지 조건에 많이 좌우 합니다. 아폴로 달 임무에 사용된 새턴 V 로켓은 발사하는 데 2,000톤 이상의 연료를 사용했고, 스페이스X 팔콘 9 로켓은 약 1,470톤의 연료를 사용하였습니다.
전기·전자
Q. 발전기에서 전압은 어떻게 형성이 되는지요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.교류발전기에서는 회전자에 여자전류를 흘려줘서 자력을 만들어야만 전기가 발생되고, 그 전기를 다시 되돌려줘서 발전을 유지하죠.위의 경우 배터리가 없는 잔류자기를 이용한 발전기의 경우 만약 잔류자기가 전혀 없다면 발전기를 돌려봐야 전압이 나오지 않습니다. 강제로 출력에 배터리를 연결해서라도 여자를 시켜줘야 그때부터 전압이 나오겠죠.
지구과학·천문우주
Q. 히스테리시스 곡선 현상을 어떻게 확인할수있는지요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.히스테리시스란, 물질이 특정 외부 자극에 대해 반응할 때, 외부 자극의 크기에 의존할 뿐 아니라 물질의 현재 상태나 과거의 외부 자극 이력에 의해서도 영향을 받는 현상을 말한다. 물질의 반응 정도를 외부 자극 크기 및 방향에 대한 함수로 그림을 그렸을 때 나타나는 곡선을 히스테리시스곡선이라 한다. 히스테리시스곡선은 대개 닫힌 고리(loop) 형태를 갖는다.유전체의 경우도, 외부 전기장이 가해지면 전기장과 같은 방향으로 양전하를 띤 양이온이 이동하고 전기장 반대 방향으로 음전하를 띤 음이온이 이동하여 결과적으로 전기장 방향의 유전분극이 일어난다. 안정한 유전분극 방향이 하나 이상 존재하여 외부 전기장 없이도 자발적인 유전분극 상태에 있는 물체를 강유전체라고 부른다. 강자성체와 마찬가지로, 강유전체도 유전분극을 외부 전기장에 대한 그래프로 그리면 비슷한 히스테리시스곡선을 그린다. 이외에도, 온도에 따른 물성의 변화가 온도를 내려가며 측정하는 경우와 다시 올려가며 측정하는 경우가 다를 때, 물성과 온도의 그래프에 히스테리시스곡선이 나타나게 된다. 히스테리시스곡선은 물체를 이루고 있는 물질의 조합에 따라 복잡한 형태를 띨 수 있다. 그리고 소자를 제작하는 입장에서 히스테리시스는 외부 입력에 대한 지연 현상이므로 그만큼의 에너지 손실과 직결된다. 변압기 등에 필요한 철심을 무른철심으로 하는 이유도 이러한 히스테리시스에 의한 에너지 손실을 줄이기 위함이다.
화학
Q. 오줌이 노란색인 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.소변색이 뿌연 이유, 노란 이유 오줌 색깔은 사람의 건강 상태를 알려주는 신호라고 할 수 있습니다. 간이 좋지 않을 때, 요로에 염증이 있을 때는 특이한 색의 소변이 나오게 됩니다. 특정 식품을 먹었을 경우에도 소변색이 변하는데, 이로 인해 비타민과 소변 노란색이 연관되어 있는지에 대해 알아보는 사람들도 있습니다. 소변 색깔이 노란색일 때 혹은 뿌연색, 적갈색일 때는 어떤 증상을 의심해볼 수 있는지 알아보도록 하겠습니다.노란색 소변비타민B 혹은 C가 들어있는 비타민제를 복용하거나, 이런 성분들이 많이 들어있는 식품을 섭취했을 경우 노란색 소변이 나오게 됩니다. 이 사실을 잘 모르는 경우, 내가 먹은 것에 문제가 있는 건 아닌가 하는 걱정을 할 수 있습니다. 보통 비타민 C를 많이 복용하곤 하는데, 오줌이 노랗게 나왔다면 비타민 성분이 몸에 잘 들어갔다는 이야기가 됩니다. 따라서 크게 걱정하지 않아도 됩니다짙은 노란색, 투명한 색오줌의 색깔이 짙은 노란색을 띨 경우, 몸에 수분이 부족하다는 신호입니다. 특정 질병과는 상관이 없고, 물을 많이 마셔주면 다시 색이 투명해지고 옅어질 수 있습니다. 참고로 소변의 색이 노란 이유는 우리의 몸에서 분비되는 유로크롬, 유로빌린 이라는 색소 때문입니다.
화학
Q. 플라스틱은 왜 재활용이 어려운지 궁금합니다.
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.플라스틱은 색깔도 다양해지고 물질의 성능이 다양해지면서 재활용하기는 더욱 어려워지게 된다. 같은 재질과 같은 색깔끼리 모아야 같은 용도로 쓸 수 있는 재생원료가 만들어질 수 있는데, 플라스틱 사용과 용도가 다양해지면서 같은 재질과 같은 색깔의 플라스틱을 따로 모으기가 힘들어졌다. 플라스틱 재활용이 어려워졌다는 이야기다. 카멜레온처럼 다양하게 원하는 사람들의 요구에 맞추어 변신할 수 있어서 사용량이 증가했지만, 너무 다양해졌기 때문에 재활용은 어려워지는 역설이 발생하고 있다. 플라스틱 재활용을 방해하는 근본 원인은 플라스틱 재질과 용도의 다양성에 있다.
화학
Q. 옷을 건조기로 건조하면 옷이 작아지는 원리
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.건조기마다 다르지만 건조기를 돌릴때는 알맞는 건조 강도가 정해져 있어요옷감의 소재를 확인하시고 돌리는게 도움이 됩니다.면소재 중에서도 스판이나 아크릴이 섞여 있는 옷들은 줄어들 확률이 큽니다.순수 면이나 폴리에스터 종류는 많이 줄어들지 않습니다ex) 수건. 이불그래서 니트류는 가급적 건조기를 사용하지 않고요자연건조를 추천드려요!
지구과학·천문우주
Q. 우리가 살고 있는 지구의 무게를 측정할 수 있나요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.거의 대부분의 경우 케플러 제 3법칙의 MT^2∝r^3식을 이용합니다.(M은 질량, T는 공전 주기, r은 공전 반경)즉, 블랙홀이든 태양이든 그 주변을 도는 행성 또는 다른 천체가 있을 때,주기와 공전궤도 반경을 알면 질량을 구할 수 있게 되는 것이죠.달이나 지구, 또는 이외의 행성들은 직접 인공위성을 보내 공전시켜서 질량을 구하는 것이 가장 정확한 방법이고요.이외의 방법으로는 천체의 대략적인 크기와 물질 조성을 알고 있을 때, 질량을 추정하는 방법도 있고.암흑물질이나 은하단과 같은 거대 규모 천체의 경우에는 중력렌즈 효과를 통해서 질량을 구할 수도 있습니다.또는 항성의 경우에 광도, 스펙트럼 등으로 직접 별의 내부를 모델링하여 질량을 추정하는 전문적이고 복잡한 방법도 있습니다. 주변을 도는 쌍성이나 다른 천체가 없을 경우 사용할 수 있는 방법이죠.
지구과학·천문우주
Q. 보이저 1호는 언제까지 작동하나요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.보이저1호는 플로토늄 붕괴열을 동력원으로 이용합니다.보이저 1호와 2호는 모두 방사성 물질인 플루토늄 238의 자연 반감에서 발생하는 열을 전기로 바꿔주는 '방사성동위원소 열전기 제너레이터(RTG)'로 자체 동력을 공급하고 있다. 플루토늄 238의 반감기는 약 87년으로 이미 출력이 절반 수준으로 떨어진 것으로 알려졌다.보이저 1호의 경우 임무 초기 일부 탑재 장비가 고장나 2호보다 장비 운용을 더 적게 하고 있고, 그만큼 여유 전력이 남아있는 편이다. 물론 똑같이 수십년 동안 비행 중인 보이저 1호도 출력이 많이 떨어져 있기에 나사는 2호에서의 예비 전력 효과를 보고 1호에도 똑같은 방식을 적용할 방침이다.2025년 수명 종료 예상됐던 보이저…동력 확보 위해 장비 전원 OFF, 2030년까지 버틴다
화학공학
Q. 드라이 아이스는 어떤 과학적 원리를 통해서 만들어지게 되나요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.기체 이산화탄소에 높은 압력을 가하면 액체가 되는데, 작은 구멍을 통하여 액체 이산화탄소를 분사하면서 갑자기 압력을 낮추게 되면 일부는 기체로 되고 일부는 눈과 같은 결정이 된다. 이 결정들에 다시 높은 압력을 가할 경우 고체 이산화탄소, 즉 드라이아이스(dry ice)가 만들어진다.