안녕하세요 염정흠 전문가입니다.
토목공학
Q. 비가 오기 전에는 왜 안개가 끼게 되는 것인가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.매번 그런 것은 아니지만 비가 내리는 날에는 구름이 많이 모이고 평소 보다 낮아집니다. 그리고 습도가 높아지는 경우가 많아서 찬공기를 만나면 안개가 발생할 수 있습니다. 구름의 생성원리와 안개의 생성원리는 거의 비슷합니다. 구름이 많이 생성되는 환경이라면 안개도 발생할 수 있습니다.
토목공학
Q. 실내에 있을때 지진이 발생하면
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.지진 발생시 식탁, 책상 등의 밑으로 들어가라는 것은 지진으로 인해서 실내에 진열된 물건이나 천장에 설치된 것들, 인테리어 마감재 등 건물의 구조체 보다 비교적 쉽게 떨어질 수 있는 물건에 의해서 다치는 것을 예방하고자 하는 것입니다. 그런 것에 부딪혀서 부상을 당할 때 가벼운 부상일 수도 있지만 거동에 불편함을 줄 수도 있습니다. 최대한 그런 상황을 피하기 위한 행동지침입니다. 당장에 생길 수 있는 위험을 회피하고 지진이 줄거나 멈추면 주변 상황을 살핀 후 안전하다 판단되면 건물 밖으로 대피하도록 권장합니다. 그런데 질문에서처럼 건물이 무너질 정도의 지진이라면 숨어들어간 곳이 얼마나 버틸 수 있을지에 따라서 상황이 다릅니다. 건물이 무너질 정도라면 내부에 있는 사람들의 안전은 보장되기 힘들지만 그냥 있는 것 보다는 어딘가에 숨는 것이 좋습니다. 가구의 위치, 강도, 구조물이 무너진 형태 등에 따라서 큰 도움이 될 수도 있습니다. 위험을 조금이라도 피할 수 있는 확률을 높이고자 식탁이나 책상 등의 밑으로 숨는 것은 해야 됩니다. 자동차 사고시 에어백이 터진다고 안 다치는게 아니고, 안전밸트를 착용했다고 안 다치는게 아닙니다. 더 큰 피해를 줄이고자 하는(혹은 그런 확률을 줄이기 위한) 보조장치일 뿐입니다. 지진이 발생하면 실내에서 가장 튼튼하고 아래에 숨을 수 있는 공간이 있는 가구 같은 것의 아래로 숨으시는게 좋습니다.
화학
Q. 셀프 주유소에서 주유 시 왜 정전기 패드를 터치 하라고 하는건가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.인체는 정전기가 잘 모입니다. 운전 중에도 옷과 시트의 마찰로 정전기가 모일 수 있는데 정전기는 순간적으로 수천볼트의 높은 전압을 발생시킵니다. 그리고 휘발유는 저온에서도 증발이 잘되기 때문에 가스형태로 주유구 주변으로 날아다닐 수 있습니다. 그때 정전기로 인해서 발화될 위험이 있기 때문에 접지연결이 된 패드에 손을 댐으로써 인체에 정전기를 순간적으로 방전시키는 것입니다. 혹시 모를 사고를 방지하고자 만든 안전장치입니다.
토목공학
Q. 스피커를 크게 틀면 진동이 생기는 이유는?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.소리는 진동에 의해서 발생합니다. 예를 들어 목소리는 공기가 성대를 진동해서 발생하고 그 진동이 공기를 진동하며 전달되는 것입니다. 사물에서 나는 소리도 외부 요인에 의해서 진동이 발생하면서 소리를 내게 됩니다. 스피커 또한 그렇습니다. 각 소리에 맞는 파장으로 진동을 발생시켜서 소리를 구현하는 것인데 먼저 진동판에서 각 소리에 맞는 파장으로 진동을 발생시키고 그 진동이 모래까지 통통 튀게 만드는 것입니다.
화학
Q. 이번에 중국산 배터리가 들어간 전기차가..
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.기존에 주로 사용하던 배터리는 리튬이온배터리였으며, 이번에 중국산 배터리라고 불리는 것은 리튬인산철배터리입니다. 리튬이온배터리는 양극제가 리튬, 음극제는 코발트, 니켈, 망간 등이 사용됩니다. 원재료 중에 코발트, 니켈, 리튬이 가장 비싼 원재료인데 그 중에서도 가장 비싼 코발트의 함량을 낮추는 것이 어렵습니다. 빠른 충전속도와 에너지밀도가 높아서 많이 사용되었는데 발화 가능성이나 상대적으로 높은 가격으로 인해서 차량가액도 매우 높아지기 때문에 대안이 필요했었습니다. 그 대안으로 리튬인산철배터리가 있는데 양극제는 리튬, 인산, 철로 구성된 것을 사용하고, 음극제는 분리막을 사용합니다. 장점으로 비교적 저렴한 가격과 안전성, 긴 수명이 있습니다. 하지만 단점이 에너지 밀도가 낮아 주행가능거리가 짧고, 에너지 밀도를 높이기 위한 개발이 어렵다는 것입니다. 그래서 비싸지만 리튬이온배터리를 많이 사용하고 있었는데 중국 업체들은 계속 인산철배터리를 개발하며, 가격 경쟁력을 확보하게 되었습니다. 한 때는 불량률이 높고 주행가능거리가 너무 짧았으며, 동절기에 효율이 너무나 낮아진다는 점에서 꺼려했습니다. 현재는 에너지 밀도를 예전에 비해 많이 높이고, 동절기 효율도 좋아진 편입니다. 불량도 많이 줄인 것으로 알고 있습니다. 현재 리튬인산철배터리 판매량이 세계적으로 60% 이상 중국에서 주도하고 있는 상황이 되었습니다. 국내에서도 다시 개발에 나섰지만 한 동안은 중국산 인산철배터리가 계속 사용될 것으로 보입니다.앞서 언급되었지만 리튬이온배터리는 원재료가 비싸기 때문에 리튬인산철배터리에 비해서 너무 비싸기 때문에 리튬인산철배터리 보다 비싼 것입니다.
지구과학·천문우주
Q. 해류가 뜨거워지는 이유가 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.질문에서처럼 지구온난화가 원인이 맞습니다. 바닷물은 빨리 데워지지는 않지만 서서히 데워지고 서서히 식습니다. 온난화로 인해서 해수온도가 높아지는데 오랜 기간이 걸렸을건데도 올라간 것은 온난화가 심각함을 보여주는 부분입니다.
화학
Q. 제습기의 원리는 무엇이고 왜 뜨거운 바람이 나오난요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.제습기는 에어컨과 작동방식은 거의 같습니다. 본체 내에 에어컨의 실내기와 실외기에 있는 장치들이 있습니다. 먼저 냉각기(증발기)가 가동하면 본체로 유입된 공기가 빠르게 이슬점에 도달해 수증기의 일부를 냉각코일에 결로 형태로 내보냅니다. 이것이 제습기의 물탱크나 호스를 통해 외부로 흘러가는 것입니다. 그리고 냉매는 압축기와 응축기를 거치면서 기체에서 액체로 바뀌고, 열을 방출합니다. 에어컨의 경우는 이때 생긴 뜨거운 바람을 실외기를 통해서 외부로 날려 보내지만 제습기는 본체가 있는 실내로 날려보냅니다. 그렇게 되면 건조하고 뜨거운 공기가 수증기를 잘 머금게 되고, 다시 제습기로 들어가면 수증기를 내보내고 건조해진 상태로 흘러나오는 것입니다. 그렇게 제습 효율을 높일 수 있습니다. 위 과정을 계속 반복하여 실내 습도를 낮춰줍니다. 제품에 따라 차이는 있겠지만 따뜻한 바람이 나오는 이유는 냉매가 기체에서 액체로 바뀌는 과정에서 방출한 열이 주변 공기를 데워서 나오는 것입니다.
지구과학·천문우주
Q. 미국이 정말 달에 갔냐는 의혹은 왜 나온 것인가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.미국이 달 착륙에 힘쓴 이유 중 한가지가 구 소련과의 경쟁이었습니다. 우주개발의 성과로 우위에 서려 했던 것이 컸던 것입니다. 물론 그 외에 여러 이유가 있었을 것입니다. 그러다가 갑자기 달 착륙을 위한 개발이 멈췄습니다. 막대한 비용이 들어가는 사업이지만 경제적으로 여유가 있을 때 시작해서 점차 경제가 어려워지고, 국민들이 그 사업을 통해서 자신들의 생활에 도움이 되는 것은 없었기에 거센 반발까지 늘어나면서 더 이상 달에 우주선을 보내지 않게 된 것입니다. 이후로도 사업성이 없다고 판단했기 때문에 달을 목표로 하는 우주개발은 하지 않았습니다. 그러면서 일부 우주과학 비전문가들이 인류의 달착륙은 조작된 것이라 비방하려는 목소리를 내고, 반세기 전에도 해낸 것을 지금은 못한다는 것이 이해되지 않는다는 목소리도 나오는 것입니다. 하지만 현재 달에 있는 희토류를 차지하기 위한 경쟁이 시작되었습니다. 예전에는 사용되지 않았지만 현대에는 다양한 고부가가치 사업분야에서 중요한 재료이기 때문에 미국과 중국을 비롯한 여러 국가에서 달을 목표로한 우주개발에 박차를 가하고 있습니다. 만약 그것이 성공한다면 예전 달착륙을 성공했을 때 남겨둔 흔적들을 찾아서 과거 달착륙이 사실이라는 것을 증명하는 것이 가능합니다. 현재로도 일부 사실을 증명할 것들이 있긴 합니다만 실제 달에 가서 흔적을 찾는 것이 가장 큰 증거가 될 것입니다. 달착륙에는 미국만 성공한 것이 아닙니다. 구 소련도 미국 보다는 늦었지만 달착륙에 성공하였고, 미국처럼 레이저 반사판도 설치했습니다. 미국이 최초로 인류가 달착륙을 하는데 성공해서인지 미국을 많이 거론하는데 미국과 소련의 달착륙 성공 둘 다 사기극이라고 음모론을 제기하고 있습니다. 앞서 말했듯이 우주과학의 비전문가들이 음모론을 제기하고 있습니다. 그런 것은 그저 맹비난일 뿐입니다.
화학
Q. 새우는 찌거나 구우면 왜 빨갛게 되나요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.갑각류를 찌면 붉은색으로 변하는 이유는 껍질에 축척되어 있던 아스타잔틴이라는 성분에 의한 것입니다. 이것은 해조류나 플랑크톤을 섭취함으로써 축척된 것입니다. 갑각류가 처음부터 붉은색을 띠는 것도 있지만 보통 검푸른색을 가진 것이 많은데 이는 갑각류가 살아있을 때 갖고 만들어지는 푸른 색소인 클러스터세올빈이 강하게 나타나면서 붉은 색소를 숨기고 검푸르게 보이는 것입니다. 이 푸른 색소는 단백질이어서 열을 가하면 형태가 변해 색소가 분해됩니다. 이때 숨어 있던 붉은색이 드러나는 것입니다. 간혹 흰새우를 익혀도 붉은색이 나타나지 않는 것도 있는데 이것은 수명과도 관계가 있어 어린 새우의 경우 아스타잔틴 성분이 많이 축척되지 않아서 그럴 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 불꽃놀이할때 불꽃에는 어떤 과학적 원리가 있는지 궁금합니다.
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.학창시절에 금속 원소마다 불에 반응할 때 다른 색상을 내는 경우를 이론이나 간단한 실험을 통해 배운 적이 있을 겁니다. 그 이유는 금속 원소에 전자들이 특정 에너지 준위 사이에서만 이동하다 보니 방출하는 에너지에 따라 달라서 그런 것입니다. 여기서 방출하는 에너지에 따라 색이 달라지는 것은 물체 마다 일정 온도 이상에서 가시광선을 방출하는데 온도에 따라서 빛의 색이 달라질 수 있습니다. 그리고, 온도는 에너지를 얼마나 방출하냐에 따라 차이가 생길 수 있습니다. 이와 비슷한 것이 별이 방출하는 에너지 혹은 온도에 따라서 별빛의 색이 다르다는 것입니다. 다시 금속원소 마다 불꽃 반응때 색이 다르다는 것을 보자면 리튬은 빨간색, 나트륨은 노란색, 칼슘은 주황색, 칼륨은 보라색, 구리는 청록색 등 특정색을 내는 금속원소가 있습니다. 불꽃에 들어가는 화약에 그런 금속의 원소가 들어간 화합물과 밝은 빛을 낼 수 있는 물질을 섞어서 폭발시켜서 하늘에 아름다운 불꽃을 표현하는 것입니다. 불꽃의 폭발형태는 화약을 여러개로 뭉쳐서 원하는 형태로 배열해서 중심부에 메인이 되는 화약의 폭발에 의해서 주변으로 퍼지며 연쇄 폭발하며 다양한 형태로 표현됩니다. 추가로 불꽃이 폭발할 때 멀리서도 잘 보이게 밝은 빛을 낼 수 있는 것은 마그네슘을 사용해서 입니다. 마그네슘은 연소할 때 매우 밝은 빛을 내는 물질로 카메라 플래시 빛을 내는데도 사용했었습니다. 그리고, 과염소산칼륨을 사용함으로써 많은 산소를 발생시켜 물질들의 연소를 도와줍니다. 위 금속원소마다 불꽃반응시 다른 색을 내는것과 마그네슘이 연소시 밝은 빛을 내는것, 과염소산칼륨이 연소를 도와주는 등의 원리가 합쳐져서 불꽃놀이를 즐길 수 있게 해주는 것입니다.