안녕하세요 염정흠 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 창문으로도 전해지는 냉기는 어떻게 과학적 설명이 가능한가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.어떤 재료의 열전도율이 낮을수록 외부 냉기나 온기가 내부에서 덜 느껴집니다. 반대로 열전도율이 높을수록 외부 기온이 내부에서 잘 느껴집니다. 이때 열전도율이란 것은 재료가 열을 전달하는 능력을 수치화해서 나타낸 것입니다. 열전도율이 높다는 말은 해당 재료가 열을 잘 전달시킨다는 것입니다. 창문은 주 재료가 프레임을 구성와는 금속재 또는 플라스틱, 목재 등과 유리와 같은 재료가 결합하여서 만들어집니다. 이때 프레임 재료가 플라스틱이나 목재일 경우 열전도율이 낮은 재료입니다. 하지만 금속일 경우 강도는 좋으나 열전도율이 높은 재료입니다. 금속의 경우 단열을 위해서 창호업체별 여러가지 기술을 통해서 열이 전도되는 것을 최소화하려고 개발하고 있습니다. 다음으로 창호에서 가장 큰 면적을 차지하는 유리가 있는데, 유리 또한 열전도율이 높은 재료입니다. 그래서 유리를 2장 이상 써서 그 사이에 간격을 주고, 진공상태를 만들어서 열전도를 줄여줍니다. 유리 사이 공간에 단열 성능을 높이기 위해서 아르곤 가스를 주입하고 유리 내부에 단열을 위한 코팅을 하는 경우가 많은데 그럼에도 창호가 벽체와 비교하면 열전도율이 높은 편입니다. 특히 기온이 낮아지면 내부에 따뜻한 온도가 단열이 취약한 부위를 통해서 외부도 전도되는데, 기온차이가 많이 날수록 해당 부분 주위 온도가 빨리 낮아지게 됩니다. 그래서 추운 날 창문 근처에 있으면 냉기를 느끼기 쉽습니다.간단히 말하자면 벽체에 비해 열전도율이 높은 창호를 통해서 내부 따뜻한 공기의 에너지(열)가 외부 차가운 공기를 데우게 되고, 에너지(열)를 내준 내부 공기는 차가워지는 것입니다. 창문을 통해서 에너지(열)가 밖으로 흘러나가서 생긴 냉기입니다.
토목공학
Q. 건물의 백화 현상이 일어나는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.보통 건물의 외벽면에 백화현상은 시멘트에서 석회질(수산화칼슘)이 표면으로 나와서 수분이 마른 후 하얗게 표면 침착되거나 공기 중 탄산가스와 반응해서 탄산칼슘으로 변해서 침착되면서 외벽면을 오염시키는 것입니다.주원인이 아래와 같이 몇 가지 있습니다.첫째, 벽에 습기가 침투해 벽 내부에서 외부로 이동하면서 석회질을 활성화시키고, 표면에 굳어져서 발생할 수 있습니다.둘째, 벽이 너무 많은 물을 흡수하거나 오랜시간 물기가 남아 있을 때 발생할 수 있습니다. 시멘트 배합시 물의 양이 너무 많을 때 나타납니다.셋째, 상하수관이나 우수관 등에서 누수가 발생하여 습기가 침투하여서 첫째와 비슷한 현상이 나타남으로써 발생할 수 있습니다.그 외에도 재료를 잘못 선택하거나 시공방법이 잘못되어도 백화현상으로 이어질 수 있습니다. 재료에 염분이 있거나 주변 환경상 공기 중에 염분이 많이 섞여 있을 때도 발생하는 등 다양한 원인이 있지만 위 세가지가 더 많이 나타날 것 같습니다.
지구과학·천문우주
Q. 대리암 석탑이 부식되는 과학적 이유가 궁금합니다.
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.석조물이 비에 의해서 부식이나 탈색이 발생하는 원인은 비의 산성도 때문입니다. 산성용액은 대리석이나 달걀껍질 등에 포함된 탄산칼슘을 녹이는 성질이 있습니다. 보통 비는 대기중 인산화탄소로 인해 산도가 pH5.6~6.5 정도인(약산성) 반면 환경오염으로 인하여 산도가 pH5.6 미만의 산성비가 내리는 경우가 많아져서 건축물이나 유적의 부식을 증가시키게 되는 것입니다.
화학
Q. 미세먼지가 추울때 많이 생기는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.기온이 낮아지는 시기에 미세먼지가 많이 발생하는 이유는 대기가 건조하기 때문입니다. 공기는 온도가 높을수록 수증기를 많이 포함할 수 있는데 여름처럼 기온이 높아 대기에 수증기량이 많아져서 습도가 높아집니다. 겨울에 가까워질수록 기온이 낮아서 대기 중 수증기량이 줄어들어서 습도가 낮습니다. 미세먼지도 대기에 섞여서 이동하는데 습도가 높으면 미세먼지가 수분을 머금고 무거워집니다. 그렇다보니 먼거리를 이동하지 못합니다. 반대로 습도가 낮으면 미세먼지 또한 건조하고 더 가볍기 때문에 대류를 따라서 먼거리도 이동할 수 있게 됩니다. 우리나라에 유입되는 미세먼지의 이동경로를 보면 국내 발생도 있지만 중국에서 발생하여 넘어오는 경우가 많다는 것을 알 수 있습니다. 미세먼지가 수분을 머금어도 대류를 따라 이동할 수 있겠지만 무게 파이에 의해서 낮게 날리다보면 주변 장애물에 닿아서 멀리 못 갈 수 있습니다.
화학
Q. 우리가 쓰는 수돗물의 온수,냉수는 어떤방식으로 차갑고,따뜻하게 나오는건가요??
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.가정에서 사용할 때 냉온수가 나오는 원리는 매우 간단합니다. 냉수의 경우는 수전을 사용할 때 상수도에서 들어오는 물을 그대로 내보내는 것이고, 온수는 상수도로 들어온 물을 보일러를 거쳐서 가열된 물을 내보내는 것입니다. 수전에서 냉수관은 상수배관과 연결되어 있고, 온수관은 보일러에서 나오는 관과 연결되어 있습니다. 온수관에 물이 흐르면 보일러에서 인지하여 빠르게 가열을 하여서 온수를 공급합니다. 그래서 겨울철처럼 평소에도 보일러가 가동되고 있다면 빠르게 온수가 나오지만 그렇지 않을 때는 온수가 나오기까지 시간이 오래 걸릴 수 있습니다. 보통의 가정(주택, 아파트, 빌라 등)이나 오피스텔 같은 곳에서는 보일러를 주로 사용하며, 상가나 업무시설 등은 온수기를 설치하는 경우가 많은데 보일러와 온수기의 차이일 뿐 원리는 같습니다.
토목공학
Q. 건물 층고에 대해서 질문좀 드려도 될까요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.건축물의 층간 높이가 정해진 것은 아닙니다. 아파트나 오피스텔, 빌라 같은 건축물 중 각 세대나 호에 복층이 없다면 각 층의 층고를 내부마감까지 고려하여 타이트하게 만드는게 공사비를 아낄 수 있고 건축물의 최고 높이를 조금이라도 낮추면서 층수를 늘릴 수 있기 때문입니다. 그리고 동간 이격거리 제한도 높이와 관련이 있습니다. 다양한 이유가 있겠지만 대표적으로 시공비, 높이 대비 많은 층수가 큰 이유일 것 같습니다. 아파트의 경우 바닥에서 천장까지 높이를 재보면 보통 2.2m에서 2.3m로 많이 맞추고 있는 추세입니다.
지구과학·천문우주
Q. 무성서원의 태산사 건축물과 정문 건축물의 추녀마루?부분의 디자인의 차이에 어떤 뜻이 있나요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.무성서원의 태산사는 맞배지붕으로 추녀가 없는 지붕형태이고, 질문에서 정문 건축물이라고 표현한 현가루로 추정되는 건축물은 팔작지붕으로 맞배지붕 측면에 눈썹지붕을 달아 측면부를 보완한 지붕형태입니다. 시기적으로 가장 나중에 나타난 지붕입니다. 팔작지붕은 합각지붕이라고도 하며, 추녀마루가 있고 추녀가 곡선을 이루며 끝이 들려올라가는 형태를 보입니다. 무성서원의 태산사와 현가루의 건립시기도 약 400백년 정도의 차이를 두고 만들어졌기 때문에 각기 만들어지던 시기에 주로 만들어지는 지붕형태의 차이가 있었을 것 같습니다.
지구과학·천문우주
Q. 안개가 생기는 원리가 궁금합니다
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.간단히 설명드리자면 수증기를 많이 포함하고 있는 공기가 찬공기를 만나면 수증기의 일부를 물방울 형태로 공기 밖으로 내보냅니다. 미세한 물방울들이 날리는 것이 안개입니다. 공기는 온도가 높을수록 수증기를 많이 내포할 수 있습니다. 그리고 이것이 포화상태에 이른 양이 포화수증기량입니다. 그리고 온도가 낮아지면 스증기의 일부를 물방울형태로 공기 밖으로 내보내는데 그 온도가 이슬점입니다. 포화수증기량에 가까울수록 이슬점에 도달하기 쉽고 급격하게 기온이 낮아지면 많은 양의 수증기를 공기 밖으로 내보냅니다. 낮시간 동안 습도가 높아진 공기가 밤 사이 기온이 낮아지거나 어떠한 이유로 기온이 낮아지면 안개가 발생할 수 있습니다. 구름이 생겨나는 원리도 이와 비슷합니다.
지구과학·천문우주
Q. 이슬람 국가의 국기를 보면 간혹 초승달이 많은 이유가 무엇인가요
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.무함마드를 따르는 사람들이 늘어나자 박해가 심해졌고 무함마드는 끝까지 버텨보려 했습니다. 그러다가 생명의 위협을 느껴 결국 이슬람을 박해하는 메카를 떠나 메디나로 옮기는데 그날을 '성스러운 이주'라는 뜻의 헤지라라고 하였고, 그때 초승달이 떠 있었다고 합니다. 그런 이유로 초승달을 이슬람의 상징으로 하였다고 합니다.
기계공학
Q. 금 순도 99.99%에서 100%의 단계로 못가는이유는?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.100% 금이 없는 이유는 현대 기술력으로도 순도 100%로 가공할 수 없기 때문입니다. 아무리 좋은 기술력이라도 금 추출과 정제 과정에서 다른 금속의 원소가 섞일 수 있습니다. 그래서 99.99%처럼 완벽하지 않은 순도로 표기됩니다. 그리고 나머지 0.01%도 어떤 물질이 섞여있는지 알 수 없습니다. 만약 그 물질을 알 수 있다면 그마저도 분리해낼 수 있었을 것입니다.