안녕하세요 염정흠 전문가입니다.
토목공학
Q. 아파트 외벽이 갈라지는 이유?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.초기에 벽이나 바닥, 천장의 콘크리트 면이 갈라지는 것은 콘크리트에 양생 과정에서 수분이 마르면서 생겨나는 수축이 영향을 줘서 갈라질 수 있습니다. 물과 시멘트 비율을 잘 맞추면 균열이 생기는 것을 최소화 할 수 있지만 양생하는 환경에 따라 건조속도에 영향을 줄 수 있어 수축 속도가 빨라지면서 균열이 생길 수도 있습니다. 그 외에도 수축에는 다양한 원인이 있겠지만 물과 시멘트 비율이나 건조 속도에 큰 원인이 됩니다. 구조적으로 문제가 있는 균열은 설계시 구조 계산이 잘못 되었거나 시공이 부실하게 이루어졌을 경우로 구조체가 점차 비틀어지거나 쳐지면서 생기는 균열입니다. 이는 균열의 틈이 점차 넓어지기 때문에 쉽게 확인할 방법으로 붓글씨나 동양화를 그릴 때 쓰는 화선지를 3cm이내 폭으로 잘라서 갈라진 곳 양쪽으로 가로질러 팽팽하게 붙여주고 찢어질 정도라면 균열이 진행되고 있는 것일 수 있습니다. 아니면 전문가에게 비용을 지불하고 점검 받으시면 됩니다. 노후화에 의한 균열은 약간의 균열이 생긴 곳이 있을 때 그 틈으로 공기와 수분이 들어가게 되면 철근이 부식되면서 팽창될 수 있습니다. 철근이 녹 슬면 산화철이 되고 부피가 커지는 것인데 그로 인해서 콘크리트의 균열이 커지고 박리되는 경우가 생깁니다. 그리고 콘크리트가 장시간 물을 머금게 되는 환경에서도 그런 현상이 발생할 수도 있습니다. 보통은 표면에 묻어있는 수분이 깊게 흡수되기 전에 마르기 때문에 수분 흡수로 안한 철근 부식이 잘 나타나지 않습니다. 콘크리트 피복의 균열이 철근 부식으로 이어지는 대부분의 원인입니다.
전기·전자
Q. 에어프라이어의 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.에어프라이어 내부에 히터와 열선이 있어 고온의 열기를 냅니다. 그리고 그 열기로 인해 데워지는 공기를 바람으로 순환시켜서 음식을 데워서 익히는 것입니다. 200도 정도 되는 고온의 열풍이 순환하여 수분을 증발시키는 과정에서 기름과 지방은 밖으로 배출되어 겉은 바삭하고 속은 부드러운 요리가 됩니다. 에어프라이어에 장점은 고온의 열풍으로 조리해 기름을 추가하지 않고 음식물 내부의 지방이 사용되면서 튀겨지는 것과 비슷한 효과를 볼 수 있다는 것입니다. 요리시 주변에 기름이 튀는 것도 없어서 많이 사용하고 있는데 내부 청소가 불편하다는 단점도 있습니다.
토목공학
Q. 건물 옥상 바닥은 왜 녹색인가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.결론부터 말씀드리자면 녹색이 가장 저렴해서 많이 사용되고 있습니다.방수제가 햇빛에 의해서 손상될 때 가장 크게 작용하는 것이 자외선인데, 자외선을 오래 쬐면 쪼그라들어 균열블 발생시킬 수 있습니다. 이 때문에 방수제에 산화크롬 성분이 많이 함유 되었습니다. 산화크롬은 자외선 차단에 효과적이고, 내약품성이 뛰어난 재료입니다. 그리고, 산회크롬른 녹색을 띠고 있습니다. 질문에서처럼 자외선 차단에 효과적인 색상은 적색과 백색입니다. 하지만 녹색을 띠고 있는 산화크롬이 그나마 저렴한 재료이고, 적색이나 백색을 띠는 광물은 가격이 더 비쌉니다. 방수 작업하는 업체나 시공자에게 물어보시면 방수제가 녹색이라 그렇다거나, 녹색으로 시공하는게 가장 저렴하다는 답을 들으실 수 있을겁니다. 혹은 녹색이 가장 많이 나온다고 할 수도 있겠습니다. 필요에 따라서 색상은 달리할 수 있지만 그 중 가장 저렴한 것이 녹색이기에 많이 사용되고 있습니다.
화학
Q. 수소 충전소는 왜 이렇게 찾아보기가 힘든가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.충전소 설치에 큰 비용이 들어가기 때문입니다. 일반 주유소와 비교했을 때 10배가 넘어갑니다. 이는 부지매입비용까지 고려했을 때 많은 차이가 있지만 시설 건설비용이 비싸기 때문에 일반주유소와 큰 차이가 생기는 것입니다. 현재 설치된 수소충전소 중에는 기존 가스충전 주유소의 빈 대비에 수소충전소를 같이 설치한 경우도 있어 부지매입비용을 해결할 수 있긴 합니다. 건설비용은 충전소 핵심 부품의 개발과 인프라 확충이 되어야 줄일 수 있을 것으로 보입니다.
토목공학
Q. 단열이 가능한 유리도 있는지 궁금합니다.
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.유리 자체로는 단열 성능이 매우 낮습니다. 이는 유리의 전도율이 높아서 그런 건데 이를 보완하기 위해서 유리에 low-E(low-Emissivity)코팅이란 것을 합니다. 로이유리 또는 저방사 유리라고도 불리는데, 유리 표면에 금속 또는 금속산화물을 얇게 코팅시킨 유리입니다. 이를 통해 열이 이동하는 것을 최소화 해줍니다.로이유리 외에도 공기층을 두고 다른 유리를 한겹 더 둡니다. 공기층이 열전도율을 낮춰줄 수 있는데, 효과를 더 높이기 위해서 그 안에 일반적인 공기가 아니라 아르곤 가스를 충전합니다. 아르곤 가스는 공기보다 밀도가 높고 열전도율이 낮아 복층유리 제작시 사용하기 매우 좋은 기체입니다. 위 내용대로 복층유리를 만들었을 때 단열을 하는 원리는 아래 그림과 같습니다. 이를 보통 로이복층유리라고 부르고 이중유리와 삼중유리가 많이 사용됩니다. 유리의 두께, 공기층의 두께, 로이코팅의 방식 등을 다르게 적용하여 제작하기 때문에 유리의 종류가 다양합니다. 로이유리는 냉방 및 복사 현상으로 인한 실내의 온도분포 불균형을 막아 실내 환경을 쾌적하게 해준다는 장점이 있습니다. 그리고 결로방지에 탁월한 효과를 가지고 있습니다. 단점이 있다면 로이유리는 난방에 특화된 유리이기 때문에 여름철에는 건물 안이 조금 더울 수 있습니다. 유리 자체의 단열성능도 중요하지만 창호를 구성하는 프레임에 재질이나 단열방식까지 제대로 갖춰졌을 때 창호의 단열이 좋아집니다. 성능에 대해서는 각 창호 마다 공인된 기관을 통하여 받아진 수치가 명시된 성적서로 확인이 가능하며 매우 다양합니다. 벽체 단열에 비해서는 현저히 단열성이 떨어지지만 성능을 높이기 위한 개발이 계속 이루어지고 있으며 법적 기준의 1/2 미만으로도 개발되어 있습니다.(열관류율을 기준으로 하여 값이 낮을수록 성능이 좋은 것입니다.)
생물·생명
Q. 꿀벌의 집 속에 육각형 있잖아요. 왜 만드는 이유가 먼가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.벌집이 육각형인 이유는 빈틈이 없게 만들면서도 공간이 넓은 형태를 취할 수 있기 때문입니다. 삼각형이나 사각형에 비해 공간을 크게 만들 수 있어서 더 많은 양의 꿀을 채울 수 있으며, 서로 맞닿은 면에 빈틈이 없기 때문에 불순물이 들어가는 것도 막을 수 있습니다. 벌집의 육각형 구조는 매우 안정적이면서 재료의 양에 비해 넓은 공간을 형성하기 때문에 경제학적으로도 완벽한 구조라고도 합니다. 인간이 벌집의 구조에 관심을 가지고 관찰한 결과 벌집의 육각형 형태는 벌이 안든 것이 아니라 표면징력에 의해 생겨난 형태란 것을 알게 되었습니다. 원형이었던 밀랍의 벌집이 벌의 체온에 의해서 녹으면서 표면장력이 작용하여 육각형 형태로 변하게 된다는 것을 알게 된 것입니다. 우선 벌들이 원형의 벌집을 만들게 됩니다. 그 후 벌들의 체온에 의해 45도 정도가 되면 밀랍이 말랑말랑한 상태가 되는데, 이때 다른 공간의 면 3개가 맞닿아 있는 부분에서 표면장력이 작용하면서 육각형으로 변하게 됩니다. 그 후 벽면이 마르면서 육각형의 모양을 유지하게 됩니다. 앞에서 설명했듯이 원형의 형태가 모여 있으면 빈틈이 생겨 사이에 불순물이 들어갈 수 있지만 육각형이 되면서 벽 사이 틈이 없어 불순물을 막게 됩니다. 육각형은 외부로 부터 압력이 작용했을 때 다른 도형에 비해서 힘 분산이 잘되기 때문에 쉽게 부셔지지 않아 안정적인 구조이기도 합니다.
기계공학
Q. 단열재로 많이 사용되고 있는 스치로폴이 있습니다. 이것은 매우 가볍습니다. 또 두껍고요.
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.스티로폼이 단열재로 많이 사용되는 이유는 열전도율이 낮기 때문입니다. 스티로폼은 다공질의 기포플라스틱 형태인데, 재료 자체의 열전도율도 낮은 편이지만 현미경으로 확대하여 보면 스펀지처럼 미세한 기포가 형성되어 있어 열전도율이 낮아질 수 있게 해주는 것입니다. 건축물의 단열재나 아이스박스 등 냉기나 온기를 막아주는 용도로 많이 사용되고, 충격흡수 효과도 있어서 충격 보호를 위해 여러 종류의 제품을 감싸서 유통하는데 사용됩니다.스티로폼 외에도 다양한 재료의 단열재가 있습니다. 주로 재료의 열전도율이 낮고, 미세한 기포를 가지고 있습니다. 대부분 시공성이 좋은 재료 위주로 생산하고 있으며 판재형태를 부착하거나 액상형태를 뿌려서 부착된 부위에서 부풀어 오르게 하는 방법 등으로 시공되고 있습니다.
토목공학
Q. 비가 오면 차선이 잘 안 보이는 이유가 알고 싶어요
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.차선이나 도로에 그려진 사인물이 새로 그려진지 얼마 되지 않았을 때는 야간이나 우천시 잘 보일 것입니다. 하지만 어느 정도 시간이 지나면 도료의 손상이나 부실한 시공 문제로 잘 보이지 않게 되는 경우가 많습니다. 그 원인을 아래에 설명드리겠습니다.부실한 시공의 경우를 먼저 설명드리겠습니다. 도로에 그려지는 차선을 포함한 사인물은 도료로 그린 후 유리가루를 그 위에 뿌려 정착시키는 방식으로 작업됩니다. 도료이 정착된 유리가루가 빛을 반사해서 야간이나 우천시 눈에 잘 보이도록 하기 위한 것입니다. 이때 유리가루가 잘 정착되고 오래 유지되게 하려면 그만큼 성능이 좋은 도료를 사용해야 합니다. 그렇지만 시공비용을 아끼기 위해서 성능이 떨어지는 도료를 사용하게 되면서 유리가루가 쉽게 상실됩니다. 그렇게 되면 야간이나 우천시 차선 및 도로에 그려진 사인물 등이 잘 보이지 않게 됩니다. 유리가루가 너무 적은 경우도 비슷한 문제가 발생할 수 있습니다. 해당 문제는 수년 전부터 기사화 되어 지적되었지만 여전히 문제 해결에 필요한 기준이 마련되지 않고 있습니다. 그 다음은 차선과 사인물을 그린 도료가 많이 손상되어 흐려졌을 때입니다. 이는 자동차가 지나다니면서 차선과 사인물을 밟게 되는 경우가 많은데 그로 인해서 손상되어 야간이나 우천시 잘 보이지 않는 정도가 된 것입니다. 그런 경우에는 재시공 하면 대부분 해결이 됩니다. 한가지 추가를 하자면 비가 너무 많이 내려서 차선과 사인물까지 빛이 도달하지 못할 정도로 차올랐을 때입니다. 배수가 원활한 곳이라도 폭우에 의해서 그렇게 될 수도 있는데 그럴 때는 수면이 빛을 반사해서 차선이 잘 안 보일 수 있습니다. 하지만 차선과 사인물에 유리가루를 정착시키는 시공방식은 야간과 우천시 눈에 잘 보이라고 마련된 것이기 때문에 제대로 시공된다면 많이 해결될 수 있는 부분입니다. 대부분이 성능이 떨어지는 도료의 사용으로 인해 유리가루가 잘 정착되지 않아 생기는 문제입니다.
화학
Q. 왜 사향고양이만 루왁커피를 만들 수 있는건가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.루왁커피는 사향고양이 중에서도 남아시아에 서식하는 아시아야자사향고양를 통해서만 발효됩니다. 사향고양이는 잡식성인데 질 좋은 커피 열매를 즐겨 먹습니다. 커피열매는 씨앗이 되는 생두와 과육, 외피로 이루어져 보통의 열매와 비슷합니다. 사향고양이가 커피열매를 먹으면 외피와 과육은 소화가 되지만 그 안에 생두는 소화가 되지 않고 소화기관을 거쳐서 배설물로 나오게 됩니다. 생두가 소화가관을 지나면서 분해효소가 작용하여 풍미를 더하면서 아미노산으로 인해 쓴맛도 가미됩니다. 그렇지만 소화가 되지 않고 그대로 배출되는데 그것을 세척 및 살균을 거치고, 로스팅으로 향을 내는 과정을 거쳐서 커피로 내려질 수 있는 겁니다.루왁커피는 산미가 적고 특유의 향을 가지고 있어 매니아층이 형성되었습니다. 품질이 좋은 루왁커피는 한 잔에 10만원 정도의 고가 음료기 때문에 욕심이 생긴 인간들이 좋지 않은 환경에 가축처럼 사육하며 커피열매만 먹여 영양실조에 걸리거나 극심한 스트레스를 받게 한다고 이슈가 된 적이 있습니다. 현재도 그러는지 모르겠지만 대부분의 품질이 좋은 루왁커피는 자연에서 발견된 것을 사용하고 있습니다.루왁커피는 아니지만 베트남에 사향족제비배설물에서 채취된 원두로 만든 커피도 있습니다. 루왁커피와 비슷한 이유에서 맛이 좋은 커피를 얻을 것으로 생각되는데 가격은 저렴한 편입니다. 그렇다고 해서 대단히 맛있는 것은 아니고 부드러우면서 독특한 풍미는 가진 커피입니다. 사향고양이가 고양이과이기는 하지만 외형이 족제비나 너구리, 몽구스 같은 동물과 닮아 있는 것을 볼 수 있는데 어쩌면 고양이 보다 족제비에 더 가까운 것이 아닐까 생각됩니다. 그렇기에 루왁커피처럼 위즐(족제비)커피도 생산이 가능한 것이 아닐까요?(알 수 없는 부분이기에 추측만 해봅니다.)고양이가 커피에 함유된 카페인을 지속적으로 먹게 되면 간과 중추신경계에 문제가 생길 수 있습니다. 하지만 카페인은 커피 열매의 과육에 있는 것이 아니라 씨앗인 생두에 있는 것이기 때문에 씨앗을 그대로 배출하는 사향고양이에게는 문제가 없을 것으로 봅니다.
생물·생명
Q. 하루살이는 왜 하루 밖에 못 사는가요?
안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.하루살이는 아성충과 성충 시기를 합쳐서 일주일 내외를 살 수 있습니다. 애벌레 시기(1~3년)동안 수중에서 살다가 아성충 시기부터 육지에서 살아갑니다. 성충이 된 후에는 찍짓기를 하고 보통 한시간에서 이틀 내외로 죽게 됩니다. 운이 좋으면 일주일 이상 사는 개체도 있습니다.하루살이가 애벌레 시기에는 구기(입)가 발달되어 먹이활동을 왕성하게 하지만 아성충과 성충은 구기가 퇴화되어 있습니다. 어른벌레 시기는 입이 퇴화되어 소화기관을 갖추고 있지 않습니다. 그렇기 때문에 수명이 짧습니다. 성충이 된 후에는 수명이 짧아 번식을 목적으로 살아갑니다.