Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 양손을 비비면 열이 생깁니다. 계속 기계처럼비비면 너무 뜨거워서 불이 붙을 수있나요?
안녕하세요. 양손을 비비면 열이 발생하는 것은 마찰에 의한 현상입니다. 마찰로 인해 기계적 에너지가 열 에너지로 변환되기 때문입니다. 그러나 양손을 비비는 행위로 인해 발생하는 열은 상대적으로 매우 낮은 수준이므로, 이 열로 인해 불이 붙을 정도로 온도가 상승하는 것은 불가능합니다. 마찰로 인한 열이 불을 일으키기 위해서는 해당 표면의 점화 온도에 도달해야 하는데, 인간의 피부는 그렇게 높은 온도를 견디지 못하고 먼저 화상을 입게 됩니다. 또한, 피부와 같은 생물학적 조직은 열전도율이 낮아 열이 빠르게 분산되므로 지속적으로 높은 온도를 유지하기 어렵습니다. 실제로 불을 일으킬 수 있는 마찰 발열은 특정 조건에서만 가능합니다. 예컨데, 건조한 나무 조각을 빠르게 비비거나 타격하여 마찰 열을 발생시킬 때, 나무의 점화 온도에 도달하면 연소가 시작될 수 있습니다. 이는 특정한 물질과 조건에서만 가능한 현상입니다.
Q. 유기화학 IUPAC 명명법 질문(치환기의 치환기가 있는경우)
안녕하세요. 유기화학에서 IUPAC 명명법을 적용할 때, 치환기의 명명이 종종 혼동을 줄 수 있는 부분입니다. 질문하신 두 구조 '2-methylpropyl' , '1,2-dimethylpropyl'의 경우에는 명명법에 따른 치환기의 기본 구조와 치환 위치를 명확히 이해해야 합니다. 1. 2-methylpropyl의 명명법 이 경우 propyl 사슬이 기본 구조이며, propyl 사슬의 2번째 탄소에 메틸 그룹이 치환되어 있습니다. 따라서 이 구조는 'propyl'을 기본으로 하고, 치환된 메틸 그룹이 추가된 형태로 생각합니다. 이 때문에 본체가 'propyl'로 간주되며, 알파벳 순서에서는 'P'로 분류됩니다. 2. 1,2-dimethylpropyl의 명명법 이 구조에서는 propyl 사슬에 두 개의 메틸 그룹이 1번과 2번 탄소에 각각 치환되어 있습니다. 이 경우, 'dimethylpropyl'로 불리는 이유는 메틸 그룹 두 개가 propyl 사슬에 치환되어 그 구조 자체가 하나의 독립된 단위로 여겨지기 때문입니다. 여기서는 메틸 그룹들이 추가된 전체 구조를 하나의 치환기로 보고, 그 구조의 첫 글자인 'M'을 사용하여 알파벳 순서를 정합니다. 3. 명명법의 일관성 이러한 차이가 발생하는 이유는 명명 규칙에서 치환기 내에서 추가 치환 그룹의 수와 위치에 따라 해당 치환기의 '기본 구조'가 다르게 해석될 수 있기 때문입니다. '1,2-dimethylpropyl'의 경우, 두 개의 메틸 그룹이 동시에 치환된 것을 하나의 복합 치환기로 간주하며, 그로 인해 명명법에서도 이 복합 구조를 반영합니다. 따라서, 각각의 치환기 명명은 치환된 그룹의 수와 위치에 따라 그 기준이 달라질 수 있으며, 이는 IUPAC 명명 규칙을 따를 때 정확히 파악해야 할 부분입니다. 이러한 명명법은 유기화학의 복잡한 분자 구조를 표준화된 방법으로 표현하고, 과학 커뮤니티 간의 명확한 소통을 위해 중요합니다. 이와 관련된 보다 상세한 내용을 접하고 싶으시다면 Organic Chemistry (by Paula Y. Bruice)와 같은 저널을 거듭 추천드립니다.
Q. 유기화학 sec-butyl기 질문
안녕하세요. 유기화학에서 sec-butyl이라는 명명법은 화합물의 구조에 따라 치환기의 특정 탄소가 어떻게 연결되어 있는지를 나타내는데 사용됩니다. 이러한 치환기의 분류는 다소 혼란스러울 수 있는데, 그 이유는 치환기 자체의 내부 구조와 모체 사슬과의 연결 방식에 따라 달라지기 때문입니다. 1. sec-butyl의 정의 및 설명 sec-butyl 치환기에서는, 치환기를 구성하는 주요 탄소 사슬 중 하나가 이차 탄소(secondary carbon)로, 두 개의 다른 탄소에 연결되어 있는 상태에서 모체 사슬에 연결됩니다. sec-butyl 구조에서 관련 탄소는 다음과 같습니다 : 1차 탄소(primary carbon) : 한 개의 탄소에만 연결되어 있는 탄소. 2차 탄소(secondary carbon) : 두 개의 다른 탄소에 연결되어 있는 탄소. sec-butyl에서 중요한 포인트는 모체 사슬에 연결된 탄소가 이차 탄소라는 점입니다. 여기서 이차 탄소는 치환기 내에서 두 개의 탄소와 연결되어 있지만, 모체 사슬과의 연결을 고려할 때 그 탄소는 실제로는 삼차 탄소(tertiary carbon)의 성질을 갖게 됩니다. 2. 치환기의 탄소 차수 계산 치환기의 탄소 차수를 매길 때, 모체에 연결된 탄소는 그 차수에 포함되지 않습니다. 이는 치환기의 이름을 결정하는데 있어서 내부 구조에 초점을 맞추기 때문입니다. sec-butyl에서 모체에 연결된 탄소는 계산에서 제외되고, 치환기 내부에서 이차 탄소로 분류됩니다. 3. 치환기에서의 최대 탄소 차수 치환기에서 탄소의 차수가 3차까지 있는 것은 사실입니다. 치환기 내에서 4차 탄소(quaternary carbon)가 형성되려면 그 탄소가 네 개의 다른 탄소와 결합해야 합니다. 이는 통상적인 직선형 알킬 치환기에서는 발생하지 않습니다. 4차 탄소는 보통 더 복잡한 분자 구조나 고리 구조에서 찾아볼 수 있습니다. 치환기의 분류와 명명법은 유기화학에서 상당히 중요한 부분을 차지하며, 각각의 치환기가 어떻게 분류되고 명명되는지를 이해하는 것은 다양한 유기 반응과 화합물의 구조 이해에 필수적입니다. 이러한 개념을 더 심도 있게 접하고 싶으시다면 Organic Chemistry (Pula Y. Bruice)와 같은 문헌을 추천드립니다.
Q. 슈레딩거의 고양이같은 양자 중첩현상과 우리가 관측하지 못하는 것에 대한 질문입니다.
안녕하세요. 슈뢰딩거의 고양이 실험은 양자역학의 기본 원리 중 하나인 양자 중첩의 특성을 설명하기 위해 고안된 사고 실험입니다. 이 사고 실험은 양자체계가 관측되기 전까지는 모든 가능한 상태들이 동시에 존재할 수 있음을 시사합니다. 고양이가 살아있는 상태와 죽어있는 상태가 동시에 존재할 수 있으며, 관측의 순간에만 특정 상태로 붕괴된다는 개념을 도입하여, 양자역학의 비직관적인 성질을 설명하고자 합니다. 양자 중첩은 양자체계가 동시에 여러 상태에 있을 수 있다는 것을 의미합니다. 이러한 중첩 상태는 관측되지 않는 한 계속 유지되며, 관측하는 순간 하나의 특정 상태로 '붕괴'됩니다. 이 현상은 양자역학의 기본 이론에 의해 잘 설명되며, 현재의 과학 기술로도 이해할 수 있습니다. 기술력의 부족이 아니라, 양자역학의 근본적인 특성 때문에 발생하는 현상입니다. 양자역학에서 관측은 매우 중요한 역할을 합니다. 관측 자체가 시스템의 상태에 영향을 미치며, 이로 인해 중첩 상태가 하나의 확정된 상태로 붕괴됩니다. 이 과정은 '코펜하겐 해석'에 의해 설명되는데, 이 해석은 관측이 중첩된 상태를 하나의 상태로 강제로 붕괴시킨다고 설명합니다. 따라서, 이 현상은 우리의 일상적인 경험을 넘어서는, 미시적 세계에서만 관찰되는 특별한 현상입니다. 양자 중첩 같은 현상이 인간의 일상적인 경험을 벗어나 있지만, 이는 양자역학의 특성이 우리의 직관과는 다르게 작동하기 때문입니다. 양자역학은 계쏙 발전하고 있으며, 이론적 물리학자들은 이러한 현상을 더 잘 이해하고 설명하기 위해 끊임없이 연구하고 있습니다. 이 연구는 물리학의 다양한 분야에서 이루어지며, 특히 양자 컴퓨팅과 양자 정보 이론에서 중요한 의미를 가집니다. 양자 중첩과 같은 현상들을 연구하는데 있어서 더 심도 있는 내용을 접하고 싶으시다면 Physical Review Letters 나 Nature Physics와 같은 저명한 학술 저널을 추천드립니다.
Q. 페르미 준위에 관해서 궁금한 점이 있습니다
안녕하세요. 페르미 준위(Fermi level)에 관한 질문은 양자물리학과 고체 물리학의 기본 개념 중 하나로, 반도체 물리 및 전자 장치의 설계에서 중요한 역할을 합니다. 페르미 준위는 금속, 반도체, 절연체 등의 고체에서 전자가 존재할 확률이 정확히 50%인 에너지 수준을 나타냅니다. 이는 온도가 절대 영도(0K)에 가까울 때의 이상적 상태에서 정의됩니다. 페르미 준위는 그 위의 에너지 상태들이 0K에서는 전혀 채워져 있지 않음을 의미합니다. 즉, 페르미 준위를 기준으로 아래 에너지 상태는 완전히 채워진 반면, 위의 에너지 상태는 완전히 비어 있습니다. 그러나 온도가 0K 이상인 실제 상황에서는 에너지가 페르미 준위보다 높더라도 전자가 존재할 확률이 전혀 없는 것은 아닙니다. 온도가 올라감에 따라, 전자들은 에너지를 흡수하여 더 높은 에너지 상태로 이동할 수 있으며, 이 과정에서 페르미-디락 분포(Fermi-Dirac distribution)에 의해 제어됩니다. 페르미 준위 이상의 에너지 상태에서 전자가 거의 존재하지 않는다고 언급하는 이유는, 온도가 충분히 낮을 경우 페르미 준위 바로 위의 에너지 상태에 전자가 존재할 확률이 급격히 낮아지기 때문입니다. 페르미-디락 분포는 페르미 준위를 중심으로 에너지 상태의 전자 채움 정도가 급격히 변하는 현상을 수학적으로 설명해 주며, 이는 전자들이 특정 에너지 이상으로 쉽게 이동하지 않는다는 것을 나타냅니다. 이러한 개념은 반도체 물리학을 비롯한 다양한 물리학 분야에서 중요하게 다루어지며, '고체물리학(Solid State Physics)' 나 '전자재료의 물리학(Physics of Electronic Materials)'과 같은 문헌에서 자세한 설명을 찾아볼 수 있습니다. 더 폭넓은 내용을 접하고 싶으시다면 Physical Review B, Journal of Applied Physics 등의 학술 저널을 추천드립니다.