안녕하세요. 이원영 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 달도 자전을 하는지 궁금합니다.
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.달도 자전을 합니다. 한달에 한바퀴 자전을 합니다. 동시에 지구를 한달에 한번 공전을 하죠.자전주기와 공전주기가 같기 때문에 달은 항상 같은면만을 보는 것입니다.
화학공학
Q. 집에서 쓰는 습기 제거제는 어떤 원리로 습기를 빨아 드리는 건가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.습기제거제 속에는 대부분 염화칼슘이 들어있습니다. 이 염화칼슘은 최고 자기 무게의 14배까지 물을 흡수하는 성질이 있기 때문입니다. 습도가 60%가량이라면 자신의 무게만큼 물을 흡수할 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 진공상태에선 부패가 일어나지 않나요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.저압 환경에서는 공기 압력이 낮기 때문에 미생물이나 산화 작용 등으로 인한 부패/부식이 느리거나 억제될 수 있습니다.진공 상태는 기체, 액체, 고체 등의 분자 운동이 멈춘 상태를 말합니다. 따라서 진공 상태에서는 분자 운동이 없기 때문에 기계적인 충격이나 마찰력 등으로 인한 손상이나 변형이 일어나지 않습니다.그러나 실제로는 완벽한 진공 상태는 현실적으로 불가능하며, 일반적으로 사용되는 진공 상태의 경우에도 분자 운동이 멈춘 정도로 매우 낮은 압력을 유지하고 있습니다.물론, 지구에서도 진공상태는 존재합니다. 특히 각종 연구를 위해 인공적인 환경을 필요로 하는 실험실의 경우, 떠다니는 기체를 인위적으로 제거함으로써 진공상태를 조성할 수 있죠. 하지만 사실상 100% 완전한 진공상태를 만드는 것은 이론적으로 불가능한 일입니다. 양자역학 연구자들은 실험을 통해 완전한 진공을 만들어도 그 안에서 수많은 입자가 끊임없이 생겨난다는 사실을 확인했습니다. 따라서 지구에서 진공상태를 만든다는 것은, 사실상 공기가 희박한 상태의 공간을 만들기 위해 노력하는 것에 지나지 않습니다. 심지어 공기가 거의 없는 우주조차도, 1m3 당 약간씩의 수소 원자를 포함하고 있죠. 더욱이 먼지나 가스, 입자까지 떠다니고 있어 완전한 진공상태라고 확언하기는 어렵습니다. 하지만 완전한 진공상태가 아니라고 해도, 거의 무에 가까운 상태를 유지하고 있는 것은 우주가 유일하다는 사실만은 분명합니다.
전기·전자
Q. 반도체는 어떠한 기능을 하게 되나요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.반도체 기능데이타를 0과 1 의 형태로 저장하는 간단한 논리 회로를 만듭니다.가산기라고 하는 간단한 논리 회로를 만듭니다.이것은 다이오드와 트랜지스터로 만들수 있습니다.이걸 많이 늘리면... 이게 저장도 되고, 계산도 합니다.반도체 작동원리반도체는.....위와 같은 기능을 하는 것들을 아주 작게 만들어....손톱 크기 안에.... 집적해 넣은 것입니다.전자가 돌고 있는 길을 궤도라 하고, 전자가 많아 질수록 궤도는 증가하고 바깥쪽 궤도의 전자들은 핵에서 멀어져 약한 핵력으로 인해 이탈이 쉬워집니다.가장 바깥쪽 궤도를 돌고 있는 전자를 가전자 또는 최외각 전자라고 부릅니다.원소는 안정된 상태로 있으려는 특징이 있고 최외각 전자 갯수가 8개가 가장 안정된 상태입니다.따라서 최외각 전자가 4개인 실리콘 단원자는 불안정한 상태라 다른 실리콘 원자 4개와 공유 결합을 통해 안정된 상태를 유지하여 전기적으로 안정된 절연체가 됩니다.반도체의 원재료인 실리콘의 경우 4족원소라 가전자가 4개입니다. 가장 바깥쪽에서 돌고 있는 가전자는 영향력을 가장 적게 받고 있으므로 어떤 충격 (외부에서의 열 또는 빛 등)을 받으며 손쉽게 이탈할 수 있게 됩니다. 이렇게 이탈된 가전자를 자유전자라고 합니다.
화학
Q. 과학에서 효소라는 것이 무엇인가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.효소는 생체 내에 존재하는 고분자 생물학적 촉매제이다. 효소는 생체의 복잡한 여러 화학 반응을 촉진한다. 효소가 작용할 수 있는 분자를 기질이라고 부르며, 효소는 기질을 생성물로 전환시킨다. 세포의 거의 모든 대사 과정은 생명유지를 위한 알맞은 속도로 진행되어야 하며, 이를 위해 효소 촉매 작용을 필요로 한다. 대부분의 효소는 단백질이며, 일부의 효소는 RNA 그 자체로서 작동한다. 이러한 효소기능을 가지는 RNA를 리보자임(ribozyme)이라고 한다.효소는 화학 반응을 촉진하기 위해 기질에 결합해야 한다. 각각의 효소는 매우 특이적으로 어떤 기질과 결합하여 촉매 작용을 수행한다. 이러한 효소의 특이성은 기질과 결합하는 효소 결합 부위의 상보적인 형태, 전하, 친수성 및 소수성의 특성 등에 의해 결정되어 유사한 기질 분자를 구별할 수 있게 해준다. 이렇게 효소와 기질이 특이적인 구조를 인식하여 결합할 때 기질과의 상호 작용에 의해 효소의 결합 부위의 구조가 지속적으로 약간씩 변화하여 재형성되며, 결과적으로 강력한 결합력을 가지게 된다. 이러한 변화를 유도적합(induced fit)이라고 한다.다른 촉매들과 구별되는 효소의 특성은 화학 반응시에 효소-기질 복합체(ES)를 형성한다는 점이다. 이러한 효소-기질 복합체의 형성 과정에서 약한 상호작용에 의해 발생하는 결합 에너지(binding energy)가 반응의 활성화 에너지를 낮추는데 필요한 자유 에너지의 공급원이 된다. 이렇게 효소는 전이 상태의 에너지를 낮춤으로써 반응 속도를 증가시킨다. 반응이 끝난 뒤에, 생성물(product)은 효소로부터 분리된다.
화학
Q. 활성화에너지라는 것이 어떤건가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.화학 반응이 일어나기 위해서는 반응물의 화학 결합을 끊어야 하는데 그러기 위해서는 어떠한 형태로든 에너지를 공급해야 한다. 화학 반응을 일으키기 위해 반응물에 공급해야 하는 최소 에너지를 '활성화 에너지'라고 한다.화학 반응을 일으키기 위해 우리는 반응계에 에너지를 다양한 형태로 공급한다. 에너지를 공급하는 방법은 가열하여 열에너지를 공급하거나, 높은 운동 에너지를 가진 입자로 (기체 상태의 분자이든 고체나 액체 상태이든) 반응물을 때리거나, 전기적인 자극을 주거나, 또는 빛을 쪼여주어 전자적 들뜬 상태 (electronic excited state)로 만들거나, 진동 운동 또는 회전 운동을 활성화하는 등 다양하다. 반응물에 주는 자극의 형태는 다르지만, 모두 반응물에 에너지를 공급한다.공급된 에너지가 화학 반응을 유도하기 위해서는 반응물이 가지고 있는 화학 결합을 끊어야 한다. 반응물은 종류에 따라 다양한 화학 결합을 가지고 있고 그 화학 결합의 종류에 따라 다른 결합 에너지를 가지고 있다. 만약 공급된 에너지가 어느 특정 화학 결합에 대한 결합 에너지를 극복하고 결합이 끊어질 만큼 (최소한) 충분하면, 그 결합이 끊어지고, 반응계는 새로운 화학 결합을 생성하는 방식으로 화학 반응을 일으킨다.일반적으로 화학 반응이 일어나는 과정을 어떤 특정 화학 결합이 끊어지고 새로운 화학 결합이 생성되는 과정으로 본다면, 그 일련의 과정을 반응 경로라고 하는 하나의 축에 대해 나타낼 수 있고, 그 반응 경로에 따라 반응계가 가진 포텐셜 에너지를 x-y 그래프에 나타날 수 있다.(오른쪽 그림) 반응이 진행되기 위해서는 반응물은 퍼텐셜 에너지 언덕을 넘어야 하는데, 이때 넘어야 하는 언덕의 크기를 활성화 에너지이다.스웨덴 과학자 sante arrhenius는 1880년에 활성화에너지라는 용어를 제안했습니다.
생물·생명
Q. 아미노산은 우리 몸에서 어떤역할을 하나요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.아미노산의 효능 1. 항염증 작용- 아미노산 종류 중 발린, 이소류신, 류신 등은 항염증 효능이 있습니다.이 아미노산들은 근육과 관절의 염증을 줄이는데 도움을 줍니다.아미노산의 항염증 작용으로 관절염 예방에도 도움을 준다고 합니다2. 운동능력 향상- 필수 아미노산은 우리몸의 피로를 줄여주고 운동능력을 향상시키고 근육 회복에 도움을 줍니다.연구에 의하면 아미노산 보충제를 섭취한 운동선수들은 근육 통증이 줄었고근육 회복이 개선되었다고 합니다.그리고 일반인들도 필수아미노산을 섭취하면 체력 향상에 도움이 된다고 합니다.3. 근육 성장 촉진- 아미노산의 효능으로 근육 성장을 촉진하는 효능이 있습니다.아미노산은 근육 형성 과정에 도움을 주고 근육 조직의 성장과 복구를 도와줍니다.그리고 아미노산은 성장호르몬 분비를 촉진하는 효과가 있어 아이들 성장에 중요한 역할을 하기도 합니다.4. 피로 회복- 아미노산의 효능으로 피로회복 효과가 있습니다.아미노산은 정신적 스트레스와 신체적 스트레스로 등 우리몸의 피로를 회복하는데 도움을 줍니다.5. 면역력 강화- 아미노산의 효능으로 면역력을 강화시키는 효과가 있습니다.아미노산은 우리몸의 피로회복을 도와주고 바이러스에 대항하는 항체나 호르몬 등의 재료가 되어 면역력을 강화하는데 도움을 줍니다.6. 체중감량- 아미노산의 효능으로 체중감량 효과가 있다고 합니다.연구 결과에 의하면 실험쥐를 대상으로아미노산의 한 종류인 류신이 함유된 음식을 먹인 결과 체중과 지방량이 감소하였다고 합니다. 식욕을 억제하는 효과가 있어 체중감량에 도움을 준다고 합니다.7. 머리카락 성장- 아미노산의 효능으로 모발성장에 효과가 있다고 합니다.머리카락은 단백질로 만들어지는데 아미노산은 단백질을 만드는데 중요한 역할을 합니다.특히 머리카락의 단백질 성분중 하나인 케라틴을 만드는데 도움을 줘 머리카락을 두껍고 강하게 만드는데 도움을 주고 머리카락 성장을 촉진하는데 효과가 있다고 합니다.8. 노화 예방- 아미노산의 효능으로 노화예방 효과도 있습니다.아미노산 중 L-시스테인, L- 글루타티온, L-카르니틴은 강력한 항산화 효과로 우리몸의 세포를 산화 스트레스로부터 보호합니다.그리고 손상된 DNA를 복구하고 피부 탄력을 좋게 만드는데 도움을 줍니다.
생물·생명
Q. 레몬즙으로 생선 비린내가 사라지는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.생선회와 초밥은 레몬과 함께 나오는데, 레몬즙을 뿌려 먹으면 비린내를 제거할 수 있기 때문이다. 생선회의 신선도가 떨어지면 생선 단백질이 효소에 의해 분해되면서 암모니아와 트리메틸아민이라는 물질이 생성된다. 이것은 흔히 우리가 알고 있는 비린내의 원인물질로 약산성 물질인 레몬즙을 첨가하면 비린내를 제거할 수 있다. 레몬즙의 시트르산이 화학반응을 일으켜 중화되면서 비린내를 잡고 생선 살의 탄력감을 살린다.
토목공학
Q. 토양에 석회가루를 뿌리는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.산성화된 토양을 중화시키기 위하여 석회가루를 뿌리는 것입니다.석회가루는 CaO 이며 염기성입니다.산성의 종류에 따라 다르지만 매커니즘은 동일합니다.CaO의 Ca가 산의 이온과 결합하며 중성화가 됩니다.
지구과학·천문우주
Q. 왜 먼 곳 그리고 내부를 들여다 볼때는 자외선을 쓰나요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.자외선 망원경이란 모든 전자기파 중에서 자외선만을 모아 관측 하는 망원경이다. 자외선은 파장이 가시광선보다는 짧고 엑스선보다는 긴 전자기파이다. 그런데 우주에서 발생된 자외선은 지구대기를 거의 통과하지 못하므로 자외선망원경은 지구대기를 벗어난 우주공간에 설치해야 된다. 아래 그림은 한국천문연구원이 개발한 과학기술위성 1호의 주 탑재체인 FIMS(Far-UV Imaging Spectrograph)의 모습이다. 한국천문연구원의 자외선망원경이 성공적으로 운영되어 우주나라도 우주망원경 보유국이 되었다. 또한 한국은 GALEX 자외선 우주망원경 과제에 참여하여 많은 연구 성과를 내고 있다적외선 망원경이란 모든 전자기파 중에서 적외선만을 모아 관측 하는 망원경이다. 적외선은 파장이 전파보다는 짧고 가시광선 보다는 긴 전자기파이다. 그런데 우주에서 발생한 적외선 중 가시광선에 파장이 가까운 것은 어느 정도 지구대기를 통하므로 지상에서 관측할 수 있지만 가시광선과 파장 차이가 큰 적외선의 경우 지구대기에 의해 거의 차단되므로 우주공간에 망원경을 설치하여야 관측이 가능하다. 그리고 일반적으로 지상용 근적외선망원경은 특별히 따로 만들지는 않고 광학망원경에 적외선을 검출할 수 있는 장비를 부착해서 사용한다.