전상훈 전문가 - EulJi Univer. ㅣ 궁금할 땐, 아하!

물리약 3시간 전 작성 됨

Q. 금속은 일정 온도에서만 자석에 반응하나요?

안녕하세요. 철, 니켈과 같은 특정 금속들은 자석으로 작용할 수 있는 능력, 자성을 갖고 있습니다. 이러한 금속들은 특정 온도(커리 온도라고도 합니다) 이하에서만 자성을 유지합니다. 커리 온도는 금속의 원자가 자발적으로 자기 모멘트를 가지고 정렬할 수 있는 최대 온도를 의미합니다. 이 온도를 초과하면 금속의 자기적 특성이 사라지고, 파라자성 상태가 됩니다. 이는 높은 온도에서 열 에너지가 자기 모멘트의 정렬을 방해하기 때문에 발생합니다. 이 현상은 물질의 전자 스핀과 관련이 깊습니다. 자성을 띠는 금속에서는 많은 전자들이 그들의 스핀을 동일한 방향으로 정렬시킵니다. 이 정렬은 자기적 성질을 나타내는데 필수적입니다. 그러나 온도가 커리 온도를 넘어서면, 이러한 스핀 정렬이 방해받고 무질서해져 자성이 사라지게 됩니다.

화학약 23시간 전 작성 됨

Q. 세라믹은 전기를 전도하고 일부는 절연체로 작용하나요?

안녕하세요. 세라믹 재료의 전기 전도성은 그들의 원자 구조 및 전자적 특성에 따라 결정됩니다. 일반적으로 세라믹은 절연체로 알려져 있지만, 특정 조건 하에서는 전도체나 심지어 초전도체로 작용할 수 있습니다. 이러한 다양성은 세라믹 내부의 원자 배열과 전자의 이동 가능성에 기반을 두고 있습니다. 대부분의 전통적인 세라믹 재료는 결합이나 공유 결합을 통해 구성됩니다. 이러한 결합 유형은 전자가 원자 간에 고정되어 있어 전기적으로 비활성화되는 경향이 있습니다. 이는 세라믹이 전기를 잘 통하지 않는 주된 이유입니다. 하지만, 특정 원소를 도핑함으로써 전자의 이동 경로를 생성할 수 있으며, 이는 세라믹의 전동성을 증가시킬 수 있습니다. 전도성 세라믹은 종종 도핑 과정을 통해 제조됩니다. 예를 들어, 지르코니아(ZrO₂)에 이트륨(Y₂O₃)을 첨가하면, 이트륨이 산소 자리를 차지하면서 전기적 성질을 변화시킵니다. 이 과정에서 생성된 산소 공공(oxygen vacancies)은 전자가 이동할 수 있는 통로를 제공하며, 이는 세라믹의 전도성을 향상시킵니다. 일부 세라믹은 매우 낮은 온도에서 전기 저항이 완전히 사라지는 초전도성을 나타냅니다. 이는 주로 복잡한 산화물 기반의 세라믹에서 관찰되며, 이들 세라믹의 전자가 쌍을 이루어 전류를 손실 없이 운반할 수 있는 상태를 형성합니다. 이와 같은 세라믹의 초전도성은 그들의 복잡한 결정 구조와 깊은 관련이 있습니다.

물리약 24시간 전 작성 됨

Q. 왜 탄성 재료는 힘을 가했다가 빼면 원래 상태로 돌아올 수 있나요?

안녕하세요. 고무와 같은 탄성 재료가 변형된 후 원래의 상태로 돌아올 수 있는 능력은 그 재료의 분자 구조와 분자 간의 상호작용에 기반합니다. 탄성 재료의 이러한 성질은 고분자 사슬이라는 긴 분자 구조에서 비롯되며, 이 고분자 사슬들이 어떻게 서로 연결되어 있는지에 따라 그 재료의 탄성이 결정됩니다. 탄성 재료 내부의 고분자 체인들은 일반적으로 서로 교차 연결(cross-linking)되어 있습니다. 이 교차 연결은 고분자 사슬 간에 물리적 또는 화학적 결합을 형성하여, 재료가 변형되었을 때 이러한 결합들이 일시적으로 늘어났다가 원래의 상태로 복귀할 수 있도록 합니다. 외부에서 힘이 가해질 때, 이 고분자 체인들은 늘어나거나 구부러지지만, 힘이 제거되면 이 교차 연결들이 원래의 길이로 돌아가려는 경향 때문에 재료 또한 원래의 형태로 복귀하게 됩니다. 이러한 현상은 엔트로피(entropy)와 관련된 열역학적 원리에 의해 추가적으로 설명될 수 있습니다. 고분자 재료가 변형될 때, 그 구조 내의 엔트로피가 증가하며, 힘이 제거되면 시스템은 가능한 한 낮은 에너지 상태로 돌아가려는 자연스러운 경향을 가집니다. 이 과정에서 분자 간의 탄성력이 작용하여 재료를 원래의 상태로 되돌립니다.