안녕하세요 염정흠 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 초전도체가 실존하는걸까요? 궁금해요
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.초전도체는 이미 있었습니다. 전기저항 0이 되는 초전도 현상이 나타나는 조건이 까다로운 것입니다. 여태까지 발견된 물질들은 영하 240도 이하에서 초전도 현상이 나타나는 저온 초전도체와 영하 180도 이하에서 초전도 현상이 나타나는 고온 초전도체가 있었습니다. 실생활에 적용하기 어려운 것이었는데 이번에 이슈가 된 LK-99는 0도 이상에서 초전도 현상이 나타나는 상온상압 초전도체라고 발표했기 때문입니다. 논문과 실험결과가 사실로 입증이 된다면 대단한 발견입니다. 하지만 논문의 내용에서도 부족한 부분이 많다는 지적과 영상에서 보인 현상은 자성체(초전도체는 반자성체입니다.)에서도 나타날 수도 있는 정도의 현상이었습니다. 일각에서는 더 명확하게 반자성체의 특성을 보였어야 한다는 의견이 있었습니다. 세계 여러 실험실에서 논문을 토대로 검증해보고 있는데 현재까지는 초전도가 아니라는 결론을 내리고 있습니다. 국내 연구팀에서는 섭씨127도에서도 초전도현상을 구현했다고 하였지만 미국 메릴랜드 대학교 응집 물리 이론센터에서는 상온과 저온 둘 다 초전도 현상이 발견되지 않았다고 발표하였습니다. 이를 네이처에서 보도한 것입니다.
토목공학
Q. 우리나라 아파트 수명은 왜 이렇게 짧은 가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.수명이 오래되면 공간구성이 요즘 생활방식에 안 맞을 수도 있고, 구조설계가 현행 기준과 너무 많이 차이가 있어서 리모델링이 점점 까다로워 지는 것 등 이유는 다양합니다. 제 개인적인 견해로는 자본주의의 안 좋은 모습입니다. 아파트를 비롯해서 대형건축물은 주기적으로 안전점검을 받아야 하는데 그때 문제가 발견되어서 보수를 해야 할 상황이 생길 수 있습니다. 그런데 너무 심각하여 안전에 위협이 될 수준이라면 재건축을 해야 할수도 있습니다. 그런 경우가 아니라면 리모델링을 통해서 기존 건축물을 살리는 방안이 자원 낭비도 줄이고 가로경관도 살릴 수 있을 겁니다. 하지만 그렇게 하는 경우가 적죠. 보이지 않는 곳에서 로비를 통해서라도 재건축을 할 수 있게 만드는 경우도 있습니다. 논란이 될 수도 있는 얘기이지만 일각에서 실제 있는 일입니다. 현행 구조설계 기준대로라면 100년 이상 버틸 수 있는 구조기준으로 설정되어 있습니다. 그것을 보면 100년을 버틸 수 있는 건축물 불가능한 것은 아니라고 설정된 것이라 볼 수 있습니다. 좋은 취지라고 생각합니다. 그런데 이 부분에 대해서 불만을 표하는 의견을 들어보면 오랜 시간이 지나면 유행에도 많이 뒤쳐진다, 노후되어서 외관상 보기 안 좋을 것이다, 소유자가 바뀌면 현재 모양이 마음에 안 들어서 철거 후 신축할 수도 있다 등등 약간의 억지스러운 내용도 있습니다. (제가 건축사사무소를 하면서 구조기준이 너무 강하다고 하여 현행 기준에 대해 설명했더니 들었던 말들입니다.)그리고 철거 후 다시 건축하는게 자금도 잘 돈다는 얘기도 들어봤는데, 리모델링을 통해서도 자금이 돌 수 밖에 없습니다. 철거 후 신축보다는 적은 금액이겠지만 어쨋든 행위를 하기 위해서는 대가를 지불해야 하고, 공사를 위한 인력동원으로 적어도 그 기간만큼은 일자리가 생겨납니다. 설계를 잘한다면 유행에도 맞출 수 있습니다. 이것은 시장에서 하기 나름입니다. 일부 부실공사나 투기 목적에 의해서 수명이 단축되기는 하지만 제대로 하면 100년 이상 버틸 수 있는 아파트도 건축 가능합니다. 자본주의 시장 논리에 의해서 재건축 시기가 앞 당겨지고 건축물의 수명이 줄어든다고 생각합니다.추가로 말씀드리자면 당시 내진설계기준도 없었고, 구조계산도 하지 않고 경험치로 구조설계 해서 지어진 건축물들 중에 50년 이상 된 것들도 튼튼하게 버티고 있는 것들이 있습니다.
전기·전자
Q. 에어컨중 무풍에어컨의 원리를 알려주세요
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.무풍에어컨은 바람이 안나온다기 보다 원래 바람이 나오던 문을 닫고 작은 구멍을 통해서 냉기가 흘러나오게 하는것입니다. 바람 소리가 거슬려서 사용하거나 바람을 발생시키는데 사용될 전력손실을 줄이는 등의 목적으로 사용하는 기능인데 계속 바람을 발생시켜서 냉기를 흘려보내야 하기 때문에 여전히 소음이 발생하는 제품이 많고, 에어컨의 전력사용량은 냉기를 만드는 과정에서 대부분 발생하는 것이지 송풍팬에서 많이 발생하는 것이 아닙니다. 약간의 에너지 절약은 되겠지만 그리 큰 절약효과는 기대하기 어려울 것으로 보입니다. 오히려 큰 공간에서는 효율이 떨어지고, 냉기가 에어컨 내부에서 머무는 시간이 길어질 수 있기 때문에 내부에 결로로 인한 곰팡이 문제가 발생할 수 있다는 점에서 과연 효과적인지 의문이 듭니다. 제조사에서는 문제가 없다고 얘기하고 있으며, 해당 문제를 해소하기 위한 개발은 계속 되고 있는 것으로 알고 있습니다.에어컨의 냉방원리는 냉매가 팽창밸브를 통해 기화하면서 열을 흡수하여 주변를 차갑게 만드는데 그때 증발기 코일이 차갑게 냉각됩니다. 차가운 코일을 지나는 공기가 냉각된 상태로 송풍되어 공간을 시원하게 만들어주는 것입니다. 기화되었던 냉매는 다시 압축되어 액화되고, 다시 팽창밸브에서 기화되어 증발기 코일을 냉각시켜는 과정을 반복합니다. 세부적인 내용들은 빠졌지만 대략적인 원리는 그렇습니다.
화학
Q. 초전도체물질을 개발하면 생활에 뭐가 달라질까요
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.간단히 설명하면 초전도체는 전기저항이 0인 전기를 전도하는 물질입니다. 전기저항이 0이라면 전류가 흐를 때 전력손실도 없을 것이고, 발열 또한 생기지 않을 것입니다. 발전소에서 생산된 전기가 사용될 곳까지 가는 과정에서도 적지 않은 손실이 발생하는데 그런 것을 없앨 수도 있겠죠? 하지만 초전도체의 재료비가 비싸기 때문에 그렇게까지는 사용되믄데 매우 오랜 시간이 걸릴 것입니다. 다른 분야에서 응용가능한 예를 들겠습니다. 전력손실을 줄이면 각종 배터리의 크기를 줄일 수 있을 것입니다. 전기차 효율을 생각하자면 한 번 충전으로 한달씩 탈 수 있을 것이라 보는 과학자도 있습니다. 무선 전기전자장비들은 배터리 부피가 줄면서 더 소형화하면서 장기간 사용이 가능할 것입니다. 컴퓨터의 크기도 더욱 줄일 수 있을 것입니다. 전기저항이 0이기 때문에 발열이 없어지면 냉각장치도 필요 없고, 하드웨어의 반응속도도 빨라질 수 있을 것입니다. 이는 대부분의 전자장비들이 비슷할 것 같습니다. 초전도체의 특징 중 마이스너 효과라 하여 외부 자기장과 반대 방향의 자기장을 내부에 만들어내는데 그렇게 되면 자기장 안에서 공중에 떠오르는 모습을 볼 수 있습니다. 그리고 그 자기장을 벗어나지 않는 모습도 볼 수 있었기 때문에 자기부상열차와 같은 교통수단을 개발할 수 있을 것으로 보고 있습니다. 그렇게 된다면 적은 힘으로 고속의 움직임도 가능할 것입니다. 그 외에도 다양한 분야에서 응용할 수 있을 것으로 보고 있습니다.하지만 아직 적용하기 어려웠던 이유가 초전도체의 저항이 0인 상태가 되는 요인 중 온도 조건을 맞추는 것이 어려웠던 것입니다. 처음 발견된 초천도체는 절대 영도 또는 섭씨 영하 273도 정도의 과냉각 상태에서 나타났습니다. 이후 새로운 유형의 초전도체는 섭씨 영하 283도에서 가능했으며, 고온 초전도체로 개선된 것은 섭씨 영하 182도에서 가능했습니다. 일상에서 적용이 힘든 온도입니다. 항상 액화 질소를 함께 사용해야 할 수 있는 것입니다. 그렇기 때문에 일상에서 쉽게 적용 가능한 상온상압 초전도체의 개발이 주목 받게 된 것입니다. 물론 현재 이슈가 되었던 초전도체 LK-99는 초전도체가 아니라는 과학저널 네이처의 보도가 있었습니다. 이는 독일의 연구팀에서 밝혀낸 내용을 보도한 것이며, 초전도학회 검증위원회에서 실험 재현을 한 후 결과를 발표할 예정이라고 합니다. 결과가 초전도체가 아니라고 나오더라도 언젠가 상온상압 초전도체가 발견될 수 있을 거라 믿어봅니다.
전기·전자
Q. 에어컨은 최초로 누가 만들었습니까?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.에어컨을 최초 발명한 사람은 윌리스 캐리어입니다. 시중 브랜드 중 캐리어의 창업주가 바로 윌리스 캐리어입니다.윌리스 캐리어가 버팔로 포지컴퍼니라는 회사에 근무할 때 낡은 난방시스템을 현대식으로 교체하는 일을 하게 되었습니다. 그러던 중 회사고객인 인쇄소가 여름철 고온다습한 환경으로 인해 인쇄용지가 변형된다는 고민을 하고 있었습니다. 기존 난방시스템의 뜨거운 증기를 채운 코일에 공기를 통화시키는 원리를 이용해 차가운 냉매를 코일에 채우고 공기가 지나가게 하였습니다. 습도가 높은 공기가 차가운 사물이나 공기를 지나면서 수증기의 일부를 물방울 형태로 내보내는 것을 이용한 것입니다. 이것을 냉방시스템으로 적용하게 되면서 1902년 7월 13일 온도와 습도를 제어하고, 공기순환 등을 통제하는 최초 공기조화시스템(에어컨)을 발명했던 것입니다. 이후 수년간 개량과 현장실험을 통해 1906년 1월 2일 특허를 등록하였으며, 1915년 6월 26일 동료 기술자들과 자본금을 모아 캐리어 엔지니어링 회사를 설립했습니다. 초기에는 산업현장에서만 쓰던 에어컨을 차차 민간으로도 진출하였습니다. 하지만 전쟁과 대공황으로 인해 인기를 끌지 못하였고, 캐리어가 1950년 세상을 떠난 후 그 해 경제 부흥기에 접어들면서 인기를 끌기 시작했습니다. 1955년 한 건설업자가 주택의 기본사양으로 에어컨을 채택하면서 급속도로 확산되었다고 합니다.
화학
Q. 선풍기를 매일 돌리는데 왜 먼지가 쌓이나요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.선풍기날에 붙은 먼지는 잘 보시면 날부분에 많이 걸려있고, 뒷면에 많이 묻어 있을 겁니다. 날에 걸려 있는 먼지는 날이 회전하면서 먼지가 걸려서 쌓인 것입니다. 먼지가 작고 가벼워서 잘 날아가고 날은 얇으니까 먼지가 날아가다가 걸릴까 생각되지만 일부 먼지들이 날아가다가 걸립니다. 특히나 날의 재질이 플라스틱이기 때문에 마찰에 의한 정전기가 잘 발생할 겁니다. 공기 중에 먼지와 날의 마찰로 인한 정전기가 발생됩니다. 그러면 먼지는 바람에 날려가다가 정전기로 인해 날로 붙게 되는 것들이 생길 겁니다. 그리고 선풍기는 주로 여름에 사용하기 때문에 습도가 높을 때입니다. 날에 습기를 머금은 먼지가 닿으면 더욱 부착이 잘 될 것입니다. 먼지가 조금만 붙어 있어도 이후로는 더 잘 붙게 됩니다. 이미 붙은 먼지로 인해서 마찰력이 높아져서 지나가던 먼지가 쉽게 붙어 버립니다. 선풍기 날의 뒷면은 바람의 방향을 생각하시면 쉬울 겁니다. 뒤에서 앞으로 바람이 불기 때문에 먼지가 공기의 흐름을 따라 날아가다가 날의 뒷면에 붙게 되는 것입니다. 이때도 정전기의 작용이 먼지를 끌어들이고, 습기가 먼지를 더 잘 쌓이게 만들어 줄 것입니다. 가장 큰 원인은 정전기로 생각됩니다. 선풍기 날을 세척하실 때 먼지 제거할 때도 린스를 푼 물로 닦으시면 먼지가 잘 떨어져 나올 겁니다. 깨끗하게 세척하고 나면 조립 전에도 린스를 조금 발르고 조립해보십시오. 정전기 발생이 줄어서 먼지가 쌓이는게 덜할 겁니다.
생물·생명
Q. 다윈의 진화론이 맞는것일까요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.다윈의 진화론이 꼭 맞다고 할 수는 없습니다. 그것은 모든 과학의 이론들이 그렇습니다. 어떤 과학자가 가설을 세워서 연구하여 발표를 하더라고 이후에 더 유력한 설이 나올 것이라는 생각을 해야 합니다. 발표 당시 가장 우세한 설일 뿐입니다. 다윈의 발표는 창조론 만으로 설명할 수 없는 매우 설득력 있는 내용들이 담겨 있었지 정답음 아닙니다. 그저 추론과 가설입니다. 당시 발표로써 얼마나 설득력 있는 내용이냐를 봐야 합니다. 그리고 여러 생명체들이 환경에 따라 변이한다는 것을 밝혀내는데 큰 획을 그었던 것은 사실일 것입니다. 그리고 종의 기원이라는 책에서 다윈이 주장하는 진화는 진보의 의미가 아니라 환경에 따라 변이할 수 있음을 얘기하고자 한 것입니다. 예를 들어 어떤 동일한 종의 동물이 각자 다른 환경에서 살다보면 각 환경에 맞게 변이할 수 있다는 것을 밝혀냈습니다. 질문에서처럼 원숭이가 갑자기 인간이 되었다는 것은 아니고 유인원과 인간의 유래를 거슬러 올라가보면 같은 조상에서 갈라져 나왔을 것 이라는 추론입니다. 현재까지 밝혀진 정보로는 인간과 침팬지의 유전자 차이는 약1.2%입니다. 그리고 깉은 인간이라도 남성과 여성의 유전자 차이는 약1%입니다. 그런 것을 보면 다윈이 살아있을 당시에는 유인원과 인간의 유사성을 보고 추론한 것이 유래를 거슬러 올가다가 보면 같은 조상으로 이어질 것이라 생각했을 수 있습니다. 앞으로도 과학은 발달해서 더 유력한 증거를 찾아낼 수 있을 것이고 그에 따라 새로운 가설이 나올 수 있습니다. 현재까지 나온 발표가 정답이라고 생각하는 것 보다 가장 설득력이 있다라고 생각하시는게 현명할 것 같습니다.
지구과학·천문우주
Q. 우주에서 물이 뭉쳐서 떠다니는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.우주에서 중력이 없고, 다른 외부 힘이 작용하지 않는다면 물에는 표면장력만이 작용하고 있을 겁니다. 표면장력은 액체상태에서 분자들이 서로 끌어당기는 힘으로 작용하기 때문에 우주에서 물을 포함한 액체들이 뭉쳐서 떠다니는 것입니다.
지구과학·천문우주
Q. 우리가 지구로부터 받고 있는 중력을 느끼지 못하는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.중력을 항상 느끼고 있는데 그것이 중력인지 모르는 것이 맞을 수 있습니다. 모든 사물의 무게감이 땅을 향하고 있는 것은 중력에 의한 것입니다. 우리가 제자리에서 뛰어올랐을 때 땅을 향해 떨어지는 것, 자리에서 일어날 때 신체의 무게로 인해 힘이 드는것, 어떤 사물을 들어올릴 때 그 사물의 무게가 땅을 향하고 있는 것 등이 다 중력에 의한 것입니다. 중력이 없이 질량만 있었다면 무중력 상태에서처럼 그 무게가 향하는 방향이 없을 것입니다. 허공에 떠있다가 외부 힘을 받으면 그 방향으로 날아갔을 것입니다. 그렇듯이 태어날 때부터 이미 느껴오던 중력이 중력인지 인지하지 못할 뿐입니다. 만약 중력에 변화가 있다면 비로소 중력을 받는다고 인지할 수도 있습니다. 우리가 항상 느끼고 있는 무게는 중력에 의한 것입니다. 그냥 서있을 때도 관절이나 근육에 느껴지는 지반을 향하고 있는 무게감들이 다 중력을 느끼고 있는 것입니다.
물리
Q. 관성의 법칙 질문있습니다...
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.마찰과 공기저항이 없을수록 등속운동이 더 잘 이루어질 것으로 생각됩니다. 공기저항이나 마찰은 반대방향 또는 운동방향과 다른 방향으로 작용하여 등속운동을 방해하게 됩니다. 지속적으로 운동방향으로 힘이 작용되지 않으면 서서히 속도가 줄고 멈추게 되는 것이 공기저항, 마찰, 중력 등 외압에 의한 것입니다. 무중력상태와 진공상태에서 운동중인 사물이 어딘가에 닿지 않는 공간에서 관성이 가장 잘 나타날 것으로 생각됩니다.