안녕하세요. 공학박사입니다. 강인석 전문가입니다.
화학
Q. 태양광, 풍력발전으로 생산된 전기를 저장할수있는방법은 없는건가요??
안녕하세요. 강인석 박사입니다.현재 일반적으로 태양광 및 풍력을 통해 발전한 전기를 저장하는 방법으로는 다음과 같습니다.- 양수 발전: 태양광 및 풍력으로 발전되어 남은 전기로 펌프를 돌려 높은 위치에 물을 저장하였다 전기가 모자르면 높은 위치의 물을 흘러내려 터빈을 돌려 다시 발전하는 방법입니다.- 압축 공기 에너지 저장 방식: 태양광 및 풍력으로 발전되어 남은 전기로 압축기를 가동하여 공기를 압축하여 저장하였다 전기가 모자르면 이 압축 공기를 유동시켜 터빈을 돌려 다시 발전하는 방법입니다. - 2차전지 저장: 흔히 배터리라고 하는 전기 저장 장치에 남는 전기를 저장하였다 전기가 모자르면 배터리로부터 전기를 빼 쓰는 방법입니다.- 수전해 방식: 태양광 및 풍력으로 발전되어 남은 전기로 물을 분해하여 수소를 생산하여 저장하였다 전기가 모자르면 저장한 수소를 사용하여 연료전지를 가동해 다시 전기를 발전하는 방법입니다. 이상 모든 방식에는 에너지 손실과 설비 투자, 설치 여건, 환경 등 여러가지 고려해야 할 사항들이 많으며 가장 경제적이고 효율적인 방법을 사용하는 것이 정답입니다.
화학
Q. 전기차에 비해 수소차 보급이 많이 늘지 않는 이유가 뭘까요?
안녕하세요. 강인석 박사입니다.우선 원리부터 설명 드리죠. 순수 전기차는 배터리로만 구동하는 자동차입니다. 그러다 보니 모터가 있어야 하고 배터리로 부터 전기를 받아 모터를 구동하여 움직이는 자동차입니다. 그러다 보니 핵심 기술이 배터리이구요. 그러다보니 요즘 LG에너지솔루션이라는 회사가 상장하여 이슈가 되었죠... ㅎㅎ 수소차는 연료전지로 구동하는 자동차입니다. 연료전지가 구동하려면 수소와 공기가 필요하죠. 즉 연료전지 양극 측에 수소가 공급되고 음극에 공기가 공급되면 양극과 음극 사이에 있는 막을 통해 수소 이온이 양극에서 음극으로 이동하면서 전기가 발생되고 이를 통해 모터를 구동하는 자동차입니다. 연료전지에 대한 자세한 기술적 설명은 인터넷을 찾아 보시면 더욱 도움이 되실 것입니다.기술적 장벽이 현재 시점에서 볼 때 배터리 보다는 연료전지가 매우 높습니다. 또한 가격도 매우 비싸구요... 또한 전기 충전소 건립은 기술적으로나 경제적으로 쉽지만 수소 충전소는 매우 어렵습니다. 이러다 보니 수소 자동차가 보급에 어려움이 따릅니다. 한국의 입장에서는 전기 자동차의 기술적 장벽이 낮아 중국과 경쟁하는 것이 현실적으로 어려울 수 있기 때문에 개인적 생각으로는 수소 자동차가 대세가 되기를 원하지만(현대차가 수소차로 요즘 잘 나가죠...ㅎㅎ) 궁극적으로는 전기차가 대세가 되지 않을까 생각합니다. 그리고 전기 충전소는 연료전지를 사용하여 발전하는 충전소가 대세가 되지 않을까 생각됩니다. 하지만 미래에 어떻게 될지는 장담은 못 합니다. ㅎㅎ 여러가지 고려해야 할 요인들이 상존하기 때문이죠.... 이해하는데 도움이 되시길 빕니다.
지구과학·천문우주
Q. 달과 해가 같이 보이는 현상의 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 강인석 박사입니다.달은 스스로 빛을 내지 못합니다. 그러므로 태양에서 오는 빛이 반사되어 우리 눈에 보이는 것이 죠. 그런데 달이 지구를 기준으로 태양과 반대편에 있으면 달을 볼 수 있는 지구의 사람들은 밤 시간을 보내고 있는 사람들이고 달은 태양 빛을 받아 반사하므로 지구에서 볼 수 있는 것입니다. 뿐만 아니라 밤에 달이 지구를 기준으로 해와 반대편에 있으면 태양의 빛이 달에서 반사하는 빛에 영향을 거의 주지 않기 때문에 선명하게 달을 볼 수 있는 것입니다. 그런데 낮에는 지구를 기준으로 달이 태양의 반대편에 있으면(우리가 서 있는 지구 반대편에 달이 있을 경우) 당연히 달을 볼 수가 없지만 우리가 서 있는 수직선을 기준으로 달이 대략 90도 내에 있으면 볼 수는 있습니다. 하지만 태양과 달 간의 각도에 따라 태양 빛의 영향도와 달의 태양 빛 반사도가 달라지며 우리가 보는 달의 선명도가 달라집니다. 해가 동쪽에서 떠오를 때 달이 만약 서쪽 편 하늘에 있으면 그 선명도가 상대적으로 높고, 달이 동쪽 편으로 가깝게 있을수록 그 선명도가 떨어지겠죠. 그러므로 낮에는 해가 뜰 때나 아침 경에 서쪽 편 하늘에 달이 있거나 해가 질 때나 오후 늦게 동쪽 편 하늘에 달이 있는 경우 태양 빛이 상대적으로 영향이 적어 밤에 보는 달보다 상대적으로 덜 선명한 정도로 달을 볼 수가 있는 것입니다. 질문에 답이 되셨는지 모르겠습니다.
물리
Q. 구름운동에서 마찰이없을때 가능한가요
안녕하세요. 강인석 박사입니다.엔진과 같은 동력에너지가 주어지든가 위치 에너지가 있든지 해야 구름 또는 회전 운동은 일어 날 수 있습니다. 그리고 마찰이 없어도 동력에너지가 주어지면 회전 운동은 할 수 있습니다. 경사진 곳에서 구형의 물체를 놓는다고 가정하였을 때 위치 에너지에 의해서 구름 운동이 유발될려면 바닥과의 마찰이 있어야 합니다. 그렇지 않으면 회전이 없이 미끄러지겠죠. 또한 마찰에는 바닥 면과의 마찰도 있지만 공기와의 마찰도 있습니다. 바닥과의 마찰이 없다면 공기와의 마찰로 인하여 이 또한 회전 운동이 생깁니다. 일단 위치에너지를 가지고 있는 구형 물체가 경사진 바닥면과의 마찰로 인하여 구름 운동(공기와의 마찰력은 바닥 면과의 마찰에 비해 상대적으로 매우 적으므로 무시) 을 하던 중 마찰이 없는 바닥면에 진입하면 관성에 의하여 계속된 회전은 하지만 궁극적으로 경사진 면이 무한데로 길다면 이 때는 공기와의 마찰력을 무시할 수 없고 공기와의 마찰로 인하여 결국은 회전은 멈추게 되고 미끄러져 내려가게 됩니다. 이해하시는데 조금이나마 도움이 되시길....
지구과학·천문우주
Q. 중력에 따라 몸무게가 달라지는 건가요?
안녕하세요. 강인석 박사입니다.중력에 따라 몸무게는 달라집니다.행성의 질량과 사람의 질량에 대하여 중력은 모두 비례합니다.그리고 행성의 중앙에서 부터 사람까지의 거리의 제곱에 반비례합니다. 중력과 관련된 다른 분들의 질문들도 있으므로 이에 관련된 답변을 더 참고적으로 찾아 보시면 더 도움이 되실 것 같습니다.
화학
Q. 컵에 차가운 액체를 넣으면 왜 물방울이 맺히나요?
안녕하세요. 강인석 박사입니다.공기에는 항상 수분이 포함되어 있습니다. 공기의 압력과 온도에 따라 그 수분의 양이 달라집니다. 공기 1m^3 안에 포함되어 있는 물의 질량을 표기한 것이 절대습도입니다. 상대습도란 그 공기의 온도와 압력에서 수분을 최대한 포함할 수 있는 양을 100g 이라고 가정하고 실제 포함되어 있는 수분 양을 50g이라고 한다면 상대습도는 50%=(50/100)x100 입니다. 즉 최대로 포함할 수 있는 수분량에 대한 실제 수분량의 비를 백분율로 표기한 값입니다. 그런데 온도가 내려가면 공기 중에 최대로 포함할 수 있는 수분량이 감소합니다. 이제 가정을 하죠. 컵의 주위에 형성되어 있는 온도와 압력에서 상대습도가 50%인 공기가 있다고 하죠. 이 공기는 최대로 100g/m^3 의 물을 포함할 수 있는 공기입니다. 그렇다면 현재 이 공기는 50g/m^3의 물을 포함하고 있을 것입니다. 그런데 컵에 공기보다 차가운 물을 넣었고 컵의 표면에 닿아 있는 공기는 차가운 물과 열교환을 하여 차가운 물의 온도에 근접하게 온도가 내려갑니다. 그 온도에서는 공기가 최대로 포함할 수 있는 수분량이 40g/m^3 이라고 하죠, 이렇게 되면 10g/m^3 수분량 만큼을 더 포함하게 된 상태(과포화 상태라 합니다.)가 되고 과포화된 수분은 액체가 되어 공기에서 나와야 합니다. 왜냐하면 이 온도에서 최대로 포함할 수 있는 수분량이 40g/m^3인데 원래 50g/m^3을 가지고 있으므로 10g/m^3 을 내 나야 하는 것입니다. 임의의 온도와 압력에서 압력을 유지한 상태로 온도가 내려가면서 처음 물이 맺치는 온도를 이슬점이라고 합니다. 이러한 원리로 물이 맺치게 되는 것입니다. 쉽게 설명하려 했는데 모르겠네요..... 도움이 되시길.....
기계공학
Q. 비행가 하늘에 떠있는 원리 궁금해요~?
안녕하세요. 강인석 박사입니다.비행기는 추진력이 있어야 날 수 있습니다. 추진력이 있어 앞으로 나아가면 비행기 주위에 공기 유동이 생깁니다. 그 공기 유동은 비행기 날개에도 발생되며 날개의 형상(본 질문과 유사한 다른 질문자 답변에 여러 전문가 분들로부터 자세하게 설명하되어있으니 참고 바랍니다.)으로 인하여 날개 위로는 아래 쪽보다 상대적으로 빠른 공기 유동이 생기고 날개 아래에는 느린 공기 유동이 생깁니다. 공기는 속도가 빠를수록 형성되는 압력이 낮고 느릴수록 압력이 높아집니다. 그러므로 수평 날개를 기준으로 압력차가 생기게 되며 이 압력차에 의해서 생기는 힘을 항력이라고 하고 이 항력이 날개를 떠 받들어 비행기가 공중에서 날 수 있는 것입니다. 즉 비행기 설계 시 비행기 추진 속도와 무게, 비행기 날개 형상 및 면적 등 여러 설계 인자를 고려하여 설계하여 비행기 엔진 추력을 통해 비행기 무게에 상응하는 항력이 생기도록 함으로써 비행기가 공중에서 날 수 있도록 하는 것입니다. 그러므로 비행기 엔진이 멈추지 않는다면 비행기는 추력을 받아 계속 앞으로 나아갈 수 있고 공중에 떠 있을 수 있습니다.
물리
Q. 중력의힘 은 모든물체에 동일하게 적용되나요?
안녕하세요. 강인석 박사입니다.지구 상에서는 중력이란 어떠한 물질의 질량에 중력가속도가 곱해진 것이 중력입니다. 즉 중력 가속도는 지구상에서 9.8 m/s^2으로 동일하게 적용됩니다. 그러므로 물체의 질량에 따라 중력은 달라지게 되며 질량은 물체의 고유 값입니다.
지구과학·천문우주
Q. 비행기가 하늘을 나는 원리가 어떻게되나요?
안녕하세요. 강인석 박사입니다.비행기는 고정되어 있는 날개도 있고 우리가 알고 있는 큰 날개(고정익) 뒷 면에 가변익도 있습니다. 비행기의 수평으로 달려있는 날개의 경우 가변익은 위 아래로 움질일 수 있습니다. 또한 수직으로 되어 있는 꼬리 날개에도 고정익과 가변익이 이 역시 있습니다. 비행기를 자세히 보면 알 수 있어요. 비행기는 이 가변익을 조정하여 비행기가 뜰 수도 방향을 틀 수도 있는 것입니다. 공기는 속도가 상대적으로 빠를수록 형성되는 압력이 낮고 느릴수록 압력이 높아집니다. 그러므로 수평 날개의 뒤에 있는 가변익이 아래로 내려가면 수평 날개 아래쪽으로 흐르는 공기는 유동에 방해를 받아 유속이 수평 날개 위 쪽에서 흐는 공기 유속보다 느려져 수평 날개 아래 쪽 압력이 높게 형성되어 수평 날개를 기준으로 압력차가 생기게 됩니다. 이 압력차에 의해서 생기는 힘을 항력이라고 하고 이 항력이 날개를 떠 받들어 비행기가 상승하게 됩니다. 그렇다면 하강하려면 가변익을 위로 움직이면 됩니다. 그렇게 되면 반대로 아래쪽으로 힘을 받게 되어 하강하게 됩니다. 꼬리에 있는 가변익도 동일한 원리가 적용되어 우측으로 꺽이면 우측으로 비행기가 방향을 틀고 좌측으로 꺽이면 좌측으로 비행기 방향이 꺽입니다.
화학
Q. 보온병의 보온 원리가 궁금합니다.
안녕하세요. 강인석 박사입니다.보온병의 원리는 열전달을 최소로 하는 기술이 들어가 있습니다.열을 전달하는 메카니즘은 전도와 대류, 복사 열전달이 있습니다.일반적으로 보온병에는 뜨거운 물을 담아두기 때문에 이를 기준으로 설명하겠습니다.뜨거운 물이라고 해도 섭씨 100도 미만입니다. 대기압 상태에서는 100도 이상이 되면 수증기가 되겠죠...하여튼 이 뜨거운 물의 열이 외부로 나가는 것을 최소로 하기 위해 보온병이 필요합니다.위에서 예를 들은 온도라면 현실적으로 복사 열전달은 무시(물과 대기 온도와의 온도차가 적어서)해도 됩니다. 그렇다면 전도와 대류에 의한 열전달 밖에는 거의 없습니다. 보온병은 보온병의 내부 표면과 외부 표면 사이에 진공을 만들어 전도 열전달과 대류 열전달이 거의 없도록 한 것입니다. 진공이 되면 열을 전달하는 매개체가 없고 매개체가 없으니 매개체의 유동도 없어 그 안에서는 전도도 대류 열전달도 없게 됩니다. 단지 물이 담겨져 닿아있는 금속을 통해 열이 전달될 수 있는데 그 두께가 얇아 매우 적은 열만 전달됩니다. 그러므로 물의 열을 오래도록 보존할 수 있게 되는 원리입니다.