Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 과학에서 말하는 복사는 무엇인가요??
안녕하세요. 물리학에서 사용되는 복사는 에너지가 공간을 통해 전달되는 현상을 의미합니다. 이는 에너지가 두 배로 증가하는 것이 아니라, 에너지가 파동 혹은 전달되는 현상을 의미합니다. 이는 에너지가 두 배로 증가하는 것이 아니라 에너지가 파동 혹은 입자의 형태로 전파되는 과정을 지칭합니다. 복사의 개념은 전자기 복사와 입자 복사로 나눌 수 있습니다. 전자기 복사(electromagnetic radiation)는 빛, 적외선, 자외선, X선, 감마선, 알파선, 베타선 등 전자기 스펙트럼에 속하는 파동을 포함합니다. 이 형태의 복사는 매질을 필요로 하지 않으며, 진공에서도 에너지를 전달할 수 있습니다. 예를 들어, 태양에서 방출되는 빛과 열은 지구에 도달하여 지구의 온도를 조절하는데 중요한 역할을 합니다. 이 과정에서 빛과 열은 태양으로부터 전자기 파동의 형태로 우리에게 도달하며, 이러한 복사 과정은 에너지의 효율적인 전달 방식 중 하나입니다. 입자 복사(particle radiation)는 알파 입자(alpha particles), 베타 입자(beta particles), 중성미자(neutrinos) 등과 같은 입자들이 방출되는 현상을 포함합니다. 이들은 주로 핵 반응에서 발생하며, 우주 공간에서도 자주 발견됩니다. 입자 복사는 핵 의학 및 에너지 생산과 같은 분야에서 응용되며, 입자가 가진 에너지는 다양한 목적으로 활용되고 있습니다. 이런 복사 현상은 Physics for Scientists and Engineers (Raymond A. Serway와 John W. Jewett 저자)와 같은 책에서 심도있는 내용을 살펴 보실 수 있습니다.
Q. 일부 금속은 다름 금속보다 전기를 더 잘 전달하나요?
안녕하세요. 은(銀, Ag)과 구리(銅, Cu)와 같은 금속들이 다른 금속보다 전기 전도도가 높은 이유는 그들의 전자 구조와 전자의 이동성에 근거합니다. 이 두 금속은 특히 전기를 잘 전달하는 것으로 알려져 있으며, 이는 그들이 가지는 자유 전자의 수와 결정 구조의 특성 때문입니다. 금속의 전기 전도성은 금속 원자의 가장 외곽에 위치한 전자가 원자핵의 끌림을 비교적 적게 받아 자유롭게 움직일 수 있는 자유 전자(sea of electrons)의 존재에 기인합니다. 은과 구리의 경우, 이 자유 전자들은 s-오비탈(s-orbital)에서 비롯된 것으로, 이 원자 오비탈은 전자가 외부 전기장에 의해 쉽게 움직일 수 있는 구조를 갖추고 있습니다. 이런 전자의 고도의 이동성은 전기장 하에서 쉽게 움직이며, 이는 전기 전도도를 크게 증가시킵니다. 더욱이, 은과 구리는 모두 입방면심정(face-centred cubic ; fcc) 구조를 갖고 있는데, 이 구조는 전자가 금속 내부를 효율적으로 이동할 수 있는 경로를 제공합니다. 이러한 결정 구조는 전자의 이동 경로에 대한 저항을 최소화하며, 이는 높은 전기 전도성으로 이어집니다. 전도성에 영향을 미치는 또 다른 요소로는 온도와 불순물의 존재가 있습니다. 온도가 상승하면 전자의 운동 에너지가 증가하지만, 원자의 진동 또한 증가하여 전자의 이동을 방해할 수 있습니다. 또한, 불순물은 금속 내 전자의 이동 경로에 장애물을 생성하여 전도성을 감소시킬 수 있습니다.
Q. 응아가 마려울때 배가 아픈 생물학적 원리가 무엇인가요??
안녕하세요. 대변을 보고 싶을 때 느껴지는 배의 통증은 대장의 운동성이 증가하면서 시작됩니다. 대장은 음식물 잔여물을 체외로 배출하기 위해 근육 수축을 일으키는데, 이 과정에서 발생하는 근육의 리듬적 수축을 연동 운동이라고 합니다. 대변이 직장으로 이동하면, 그 부위의 신경 세포들이 뇌에 배변 준비 신호를 보냅니다. 직장이 대변으로 가득 차게 되면 그 부위의 신장이 확장되어 주변의 신경을 자극합니다. 이때 자극된 신경은 척수를 통해 신호를 뇌로 전달하고, 뇌는 이를 통증으로 해석할 수 있습니다. 특히, 대변이 단단하거나 장 운동이 활발한 경우, 이러한 통증은 더욱 심해질 수 있습니다. 또한, 스트레스나 불안과 같은 심리적 요인도 대장의 운동성을 증가시켜 이러한 증상을 유발하거나 악화시킬 수 있습니다.
Q. 형상기억합급은 특정 온도에서 원래 형태로 돌아갈 수 있나요?
안녕하세요. 형상 기억 합금은 특정 온도 또는 스트레스가 가해지면 원래의 형태로 복귀하는 능력을 가진 특수한 재료입니다. 이러한 물질들은 주로 니켈-티타늄(NiTi) 합금이나 구리 기반 합금 같은 다양한 금속 합금에서 발견됩니다. 형상 기억 합금의 기능은 그 결정 구조의 변화에 근거하며, 이는 온도와 응력에 의존적인 특성입니다. 형상 기억 효과는 주로 오스테나이트(austenite) 상과 마르텐사이트(martensite) 상 사이의 변환에 의해 발생합니다. 오스테나이트 상은 높은 온도에서 안정적인 형태로, 재료의 원래 형상이 유지되는 구조입니다. 반면, 마르텐사이트 상은 낮은 온도에서 더 안정적이며, 외부에서 가해진 응력에 의해 형태가 변경될 수 있는 상태입니다. 이러한 상 변화는 재료가 냉각될 때 외부 응력하에서 마르텐사이트로 변형되고, 다시 가열될 때 오스테나이트로 돌아가면서 원래의 형태로 복원되는 과정을 말합니다. 이 현상의 과학적 설명은 주로 결정학적 변형과 관련된 열역학적 및 기계적 성질의 변화를 포함합니다. 특히, 형상 기억 효과는 재료 내부의 원자 간 결합과 그 결정 구조의 변화를 수반하는데, 이 과정에서 내부 응력과 열적 에너지가 상당한 역할을 합니다. 이와 관련된 연구는 일반적으로 재료 과학 분야에서 중점적으로 다루어집니다. Engineering Aspects of Shape Memory Alloys 와 같은 책을 보시면 더 심도 있는 내용을 확인할 수 있습니다. 형상 기억 합금은 그 독특한 성질로 인해 의료용 임플란트, 항공 우주 산업, 자동차 부품 등 다양한 분야에서 응용되고 있습니다. 혈관 스텐트나 정형 외과적 장치 등에서 이 합금을 사용하면 체온에 반응하여 원하는 형태로 변형되는 특성을 활용할 수 있습니다.
Q. 엔진오일 합성유랑 일반 광유의 차이점은?
안녕하세요. 엔진 오일의 선택은 차량의 성능과 엔진의 수명에 큰 영향을 미칩니다. 엔진 오일은 크게 광유(미네랄 오일)와 합성유(합성 오일)로 분류될 수 있으며, 각각의 특성은 그 제조 과정과 화학적 조성에 의해 달라집니다. 합성유는 주로 정제된 기초 유분에 다양한 화학적 과정을 통해 제조된 폴리알파올레핀(PAO) 및 에스테르와 같은 합성 베이스 스톡을 사용합니다. 이러한 합성 베이스는 균일한 분자 크기를 가지며, 이는 저온에서의 유동성, 고온에서의 산화 안정성 및 전반적인 점도 안정성을 높이는 역할을 합니다. 반면에 광유는 자연 상태에서 추출된 석유를 정제하는 과정에서 얻어지며, 분자 크기와 형태가 일정하지 않아 불순물이 포함될 수 있고, 온도 변화에 따른 점도 변화가 더 큽니다. 합성유의 경우, 그 종류에 따라 다양한 성능 특성을 보입니다. 예를 들어, 완전 합성유는 열적, 산화적 안정성이 뛰어나고, 저온에서도 우수한 유동성을 제공합니다. 부분 합성유는 광유와 합성유를 혼합한 것으로, 완전 합성유에 비해 저렴하면서도 성능 개선을 제공합니다. 이러한 성능의 차이는 주로 사용된 합성 기름의 유형과 첨가제의 조성에 따라 결정됩니다. 합성유는 더 긴 오일 교체 주기를 가능하게 하며, 엔진 내부의 청결을 유지하는데 더 효과적 입니다. 이는 합성유가 더 나은 열적 및 산화 안전성을 가지며, 불순물이 적기 때문에 발생하는 현상입니다. 합성유는 고성능 엔진과 극한의 운전 조건에서 그 진가를 발휘하며, 장기적으로 볼 때 엔진의 마모와 성능 저하를 줄이는데 기여할 수 있습니다.