안녕하세요 염정흠 전문가입니다.
생물·생명
Q. 동백나무에 열매가 달렸는데 동백나무도 열매가 있나요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.동백나무도 열매가 열립니다. 열매를 그냥 식용으로 하지는 않고 열매 안에 씨로 동백기름을 짜서 머리 손질하거나 식용으로 사용되고, 최근에는 아토피성 피부염에 좋다고 밝혀졌다고 합니다. 꽃잎을 차로 마시기도 하고 여러 방식으로 섭취하거나 사용됩니다. 그 외에도 동백열매는 지혈과 타박상 치료제로도 사용합니다. 동백나무는 꽃, 잎, 열매에 이로운 성분(약효성분)이 많다고 알려져 있습니다.
화학
Q. 유리는 고체인가요?? 액체인가요??
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.유리가 액체라고 여기는 몇 가지 요인이 있습니다. 하지만 결론부처 말씀드리자면 유리는 비결정성 고체입니다. 그래서 액체와 고체의 양면성을 가지고 있어 많은 논쟁이되고 있습니다. 보통 액체 상태일 때 높은 유동성을 가지고 있다고 인식합니다. 물을 기준으로 보면 액체 상태일 때 분자 사이 거리가 가깝지만 움직일 수 있지만 고체 상태일 때는 분자 간 거리가 일정하고 규칙적으로 배열되어 유동성을 가질 수 없습니다. 그리고 어는 점과 녹는점이 명확합니다. 유리는 명확하게 녹는점아 존재하지 않아서 고체와 액체의 경계가 모호합니다. 유리는 일반적으로 700~800도에서 녹지만 냉각시킬 경우 규소1원자와 산소4원자로 형성된 정사면체가 공간적으로 무질서하게 배열되어 그물처럼 이어져 있게 됩니다. (물을 예로 들때 고체는 규칙적이고 분자간 거리가 일정하고 했었죠.) 즉 유리는 비결정성을 가진 것입니다. 이러한 분자 구조는 액체와 비슷하여 액체라고 여겨지기도 합니다. 다음으로 고체 분자의 경우 대부분 서로 붙어 있어 빛을 투과하지 않는 것이 많습니다. 액체와 기체의 경우 분자들이 떨어져 있어 빛이 투과될 수 있습니다. 유리의 경우 빛을 받게 되면 빛을 반사하거나 흡수하지 않고 투과시키기 때문에 투명한 것입니다. 빛을 투과시는 성질 또한 액체가 가진 성질과 비슷해 유리가 액체라고 주장하기도 합니다. 고체는 유동성이 없지만 액체는 분자 배열이 불규칙하기 때문에 흐르는 성질을 가질 수 있습니다. 유리는 시간이 오래 지나도 흐르지 않습니다. 혹자는 중세시대 때 제작된 유리의 밑부분이 더 두꺼운 것이 미세하게 흐른 것이 아니냐고 하였습니다. 하지만 그것은 당시 공정 상의 한계로 인하여 판유리 아래 부분이 두껍게 제작될 수 밖에 없었던 것으로 보고 있습니다.유리는 석영, 탄산, 소다, 석회암을 섞어서 고온으로 녹인 후 급하게 냉각시켜서 제작합니다. 이 과정에서 결정을 형성하지 못하고 비결정 고체가 된 것입니다. 액체가 서서히 온도가 내려가면 액체를 이루는 입자들이 규칙적으로 배열되면서 결정성 고체가 될 수 있습니다. 유리는 비결정 고체이기 때문에 액체와 고체의 양면성을 가지고 있는 것으로 인해 많은 논쟁이 있었지만 결론적으로 비결정 고체이지 유동성을 가지지 않기 때문에 액체는 아닙니다.
화학
Q. 드라이기는 어떻게 바람의 온도가 조절되어 나오나요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.드라이기 내부에는 전기가 지나가면서 저항으로 인해 발열하는 히팅코일이 있습니다. 이것을 송풍구에 설치하여 송풍되는 공기를 데워서 보내는 것입니다. 히팅코일은 전기난로에서도 보이는 용수철처럼 생긴 부속품으로 위에서 설명했듯이 전기저항에 의해서 발생하는 열을 이용한 것입니다. 코일의 뒤에서부터 송풍되는 공기가 코일이 있는 지점을 지나면서 따뜻하게 데워지는 것입니다.
지구과학·천문우주
Q. 건물 몇 층 정도 되어야 우주에 닿을수 있나요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.우주의 기준을 어떻게 볼지 설정해 봐야겠네요. 엄밀히 따지면 사람이 생활하고 있는 공간도 우주의 일부죠. 그렇기 때문에 질문에서 우주는 대기권 밖으로 생각하면 될 것 같습니다. 대기권의 높이는 약 1000km 정도 됩니다. (참고로 인공위성이 떠있는 높이가 약1500~10000km 범위입니다.) 그러면 한 층의 층고가 3m인 건축물이 우주에 닿으려면 1000km / 3m로 계산해서 대략 333,333층 정도 되겠네요. 현재 세계 최고높이 건축물이 약 828m이며, 지상층은 163층입니다. 상부에 첨탑까지 포함한 높이인데, 이와 비교하면 우주까지의 닿을 수 있는 높이와 층수가 매우 대단함을 알 수 있습니다.
전기·전자
Q. 초전도체에서 나오는 전력0은 무엇을 의미하는건가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.초전도체는 전기저항이 0인 물질입니다. 일반적인 전도체는 전기저항이 있다 보니 저기가 이동할 때 저항 열로 인한 전력손실이 발생합니다. 심지어 발전소에서 전기를 생산하는 과정에서도 손실의 30~40%가 권선에서 열손실로 인해 발생합니다. 그런데 선재를 초전도체로 만들 수 있다면 그런 손실을 줄일 수 있는 것이죠. 전기저항이 없어지면 전기장치를 사용할 때 열 발생도 없어질 수 있겠죠. 그러면 장비를 냉각하기 위해서 설치하는 냉각장비가 없어지거나 매우 축소될 수 있고, 장비 전체 크기를 줄일 수 있습니다. 그리고, 발열로 인한 성능저하도 없어질 수 있습니다. 슈퍼컴퓨터의 경우 발열이 줄어들면 반응속도가 더빨라질 것입니다. 전기저항에 의한 전력손실이 줄어들면 배터리의 크기도 축소시킬 수 있습니다. 그러면서도 더 오래 사용할 수도 있습니다. 이렇듯 전기저항이 0인 것으로도 전기분야에 있어서 효율성이 매우 높아지는 것을 알 수 있습니다. 그 외에도 초전도체의 특성 중 자기장과 반대 방향으로 자기장을 형성해서 자석과 같은 자성체에 올려두면 공중에 떠오르게 됩니다. 마찰저항을 없앨 수 있기 때문에 기존 쿄통수단 보다 더 빠르게 이동할 수 있는 자기부상열차나 초전도체로 만든 베어링을 통한 풍력 터빈 출력 향상, 고속발전기 개발 등 여러 효과를 기대해볼 수 있습니다.
전기·전자
Q. 전기차가 앞으로 내연기관차보다 싸진다고 하는데 그만큼 기술이 발전 된 상태인가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.아마 LFP(인산철)배터리가 사용되는 것으로 인해 가격이 줄어드는 것 같습니다. 리튬 배터리에 비해서 충전 속도가 느리고 주행거리가 짧다는 이유에서 LFP배터리 개발이 중단됐었는데, 최근 중국에서 에너지밀도를 높이고 안전성이 높으면서 비용이 저렴한 LFP배터리가 개발되었다고 하여 주목을 받으면서 다시 관심을 보이는 추세입니다. 특히 이번 KG모빌리티(구 쌍용자동차)에서 출시하는 전기차에 중국 BYD에서 생산한 LFP배터리가 탑재 되는데 전기차 주행거리 기준이 까다로운 국내에서 예상 보다 긴 주행거리 인증을 받으면서 주목 받고 있습니다. 국내 전기차 배터리를 개발하는 기업에서도 LFP배터리 생산 공장을 추가하려는 등의 움직임이 있고, 자동차 제조사에서도 LFP배터리를 탑재한 차량을 늘리려는 계획도 있어 전기차 가격이 낮아지는 것이 배터리 생산 비용을 낮춰서 가능한 것이 아닐까 생각됩니다. 대표 배터리 3사가 LFP배터리 개발 착수했으며, LFP배터리 생산공장을 구축하기로 한 곳도 있습니다.
화학
Q. 상온 초전도체가 발견되면 인류는 어떤 삶으로 변하나요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.상온상압 초전도체가 발명이 되어도 하늘을 나는 차를 실현시키려면 매우 광범위하게 자기장을 만들어야 되기 때문에 무리가 있을 것 같습니다만 선로 형태로 자기장을 형성을 통해서 빠르게 이동할 수 있는 자기부상열차는 가능할 것입니다. 초전조체는 자기장을 밀어내는 현상이 나타나는데 그렇게 해서 자기장 안에서 떠오르는 것입니다. 이 상태에서 약간의 힘으로도 빠르게 이동이 가능하기 때문에 자기부상열차를 많이 거론합니다. 전기저항이 0에 가깝거나 0이기 때문에 전력손실 없이 만들어진 전기를 전달할 수 있습니다. 현재는 두꺼운 케이블을 사용해야 하지만 초전도체 선재라면 더욱 얇은 두께로도 열손실 없이 전달이 가능할 것입니다.배터리의 크기를 줄일 수 있습니다. 저항에 의해서 손실되는 전기가 거의 없기 때문에 현재 보다 적은 용량으로도 더 오래 사용이 가능할 것입니다. 그렇게 되면 저기차에 장착되는 배터리의 크기도 줄고, 한 번 완충으로 훨씬 오래 운행이 가능할 것입니다. 그리고 전기저항이 없으므로 저항에 의한 발열이 없을 것으로 보는데 그렇게 되면 전자장비의 반응도 더 빠르고 냉각 장비가 필요 없이질 수 있어서 부피도 줄어들 수 있습니다. 지금 보다 더 작은 무선 웨어러블 장비도 만들 수 있을 것 같습니다.발전기의 손실의 30~40% 가량이 대부분 권선에서 발생하는 열손실입니다. 초전도체 선재를 사용하면 이 손실이 거의 없을 것입니다. 발전기의 효율을 높이고 작은 규모로 처고용량 전기생산이 가능합니다.자기공명장치(MRI)의 크기도 줄고, 비용도 많이 줄일 수 있습니다. 현재는 MRI 내부에 초전도체를 동작시키기 위해서 액체 헬륨으로 섭씨 영하 269도로 냉각시켜야 하기 때문에 작동이 까다롭고 비용도 비싸지게 됩니다. 상온상압 초전도체라면 그런 비용과 부피를 줄이고 더 정확한 진단 결과까지 얻어낼 수도 있습니다.그 외에도 여러 분야에서 활용 가능할 것으로 예상됩니다. 하지만 LK-99에 대해서는 초전도체가 아니라는 결론이 우세한 것 같습니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구에서 달까지 높이 만들 수 있는 엘리베이터가 개발된다면 지구와 달 연결 가능할까요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.불가능합니다. 달은 동주기 자전을 하기 때문에 한 면이 항상 지구를 바라보고 있긴 하지만 지구의 자전속도와 달의 공전속도가 맞지 않고, 달의 공전궤도 또한 지구를 중심으로 정확히 같은 거리와 같은 궤도가 아니기 때문에 엘리베이터의 연결이 불가능 할 것 같습니다. 그것 보다 지구의 자전속도와 달의 공전속도를 생각하면 지구와 달의 거리인 약 38만km짜리 구조물을 설치조차 못할 것입니다.달의 평균 공전 속도는 1022m/s(최소 968m/s) 정도이며, 지구의 자전 속도는 465m/s 정도입니다. 달 공전궤도와 지구에서 떨어진 거리가 일정하다고 해도 이미 불가능 할 것 같습니다.
토목공학
Q. 안여닫이 문으로 해서는 안되는 출입문이 있는데 왜 그런가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.해당 규정의 목적은 화재시 사람들이 다급하게 도망갈 때 문을 당기는 것 보다 이동방향으로 밀려는 성향이 강하고 더 쉽게 열 수 있기 때문에 피난이 용이하게 하려는 것입니다. 안으로 당길 수 밖에 없는 문이라면 문의 궤적만큼 뒤로 물러나야하고 뒤따라 오는 사람들이 너무 가깝다면 더더욱 문을 열기 힘들어집니다. 그런 상황으로 인해서 큰 위험을 줄 수 있는데 주점과 같은 곳이라면 음주 상태라면 더 큰 위험상황이 발생할 가능성이 높습니다. 그런 이유에서 피난 계단이나 지상출입구, 옥상 출입구, 각 실의 문 등을 피난 방향으로 문이 열리게 규정하고 있습니다. 지상 출입구나 건물 외부로 나갈 수 있는 문을 바깥 방향으로 열리게 해야 됩니다.
기계공학
Q. 실내 온도의 습도를 낮추기 위해서는...
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.포화수증기량이라는게 있습니다. 대략적으로 설명하자면 공기 중에 수증기량이 포화상태에 이르렀을 때 최대로 포함할 수 있는 양인데 온도에 상관 없이 일정한 것이 아닙니다. 기온이 높을수록 포화수증기량이 높아집니다. 꼭 포화상태가 아니더라도 기온이 높으면 공기가 수증기를 많이 내포할 수 있습니다. 여름철 기온이 높은데 비가 오면 습도가 80%를 넘어가는 것도 그러한 이유입니다. 반대로 겨울철에는 습도가 매우 낮은 것도 알 수 있습니다. 장비들이 상시 작동되고 있는 곳이라면 장비에서 생겨나는 발열에 의해서도 공간의 기온이 높아질 수 있습니다. 그런 상황에서 수증기가 유입된다면 습도가 높아질 수 있습니다. 음향 및 영상장비를 많이 사용하는 방송실(방송사)나 민감한 전기장비가 많은 실험실에서는 특히나 습기에 민감하죠. 그래서 겨울에도 에어컨을 가동하기도 합니다. 위 그래프를 보시면 기온에 따른 포화수증기량 변화와 기온을 낮춰서 습도를 낮출 수 있는 원리를 짐작할 수 있습니다. 기온을 낮춰서 응결되는 수증기는 에어컨이 설치된 공간 아무 곳에나 맺히는 것은 아니고 보통 에어컨 내부 에바포레이터 코일에 맺혀서 배수관을 통해서 배출됩니다. 그리고 인버터 방식으로 중간중간 가동을 멈추는 것 보다 상시 가동되어야지 장비에 영향을 주지 않는 습도를 유지할 수 있을 겁니다. 인버터 방식의 경우 증발기(냉각기) 가동이 멈추는 동안에 습도가 높아질 수도 있습니다.