Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 큰소리를 들으면 왜 귀에 문제가 생기나요
안녕하세요. 소리는 공기 중을 진동하는 파동 형태로 전달됩니다. 이 진동은 공기 입자들을 압축하고 희석시키며 진행하는데, 이 과정에서 발생하는 압력 변화가 바로 우리가 듣는 소리입니다. 귀는 외이, 중이, 내이로 구분되며, 각 부분은 소리를 감지하고 뇌로 전달하는 역할을 합니다. 외이의 고막은 소리 압력 변화에 따라 진동하고, 이 진동은 중이의 골소(뼈)를 통해 내이의 달팽이관으로 전달됩니다. 달팽이관에서는 소리의 진동이 전기 신호로 변환되어 뇌에 전달됩니다. 큰 소리, 특히 데시벨이 높은 소리는 고막에 과도한 진동을 일으킵니다. 이 과도한 진동은 중이의 작은 뼈들에게도 전달되어, 내이의 미세한 구조에 손상을 줄 수 있습니다. 큰 소리에 의한 강한 진동은 내이의 달팽이관 내 섬모 세포(소리를 감지하는 세포)에 손상을 줄 수 있습니다. 이 세포들이 손상되면 청각 손실이 발생할 수 있습니다. 매우 큰 소리는 귀 뿐만 아니라 청각 신경에 과부하를 줄 수 있으며, 이는 일시적 또는 영구적인 청력 저하를 초래할 수 있습니다. 소리의 압력이 몸에 직접적인 통증을 일으키지 않는 이유는, 소리 파동이 인체에 물리적 충격을 주는 것이 아니라, 공기 중의 압력 변화를 통해 에너지를 전달하기 때문입니다. 이 압력 변화는 피부보다는 공기 중을 통해 더 잘 전달되므로, 몸 전체에 물리적 충격을 주는 것이 아니라 주로 귀와 같은 민감한 기관에 영향을 미칩니다.
Q. 일반화학 평형상수 K와 반응지수 Q사이의 관계
안녕하세요. 화학 평형과 관련하여 Q (반응지수)와 K (평형상수) 사이의 관계를 이해하는 것은 화학 반응의 동역학을 파악하는데 중요합니다. 질문 1 : Q > K 일 때의 반응 방향 Q > K 일 때, 이는 현재 반응 혼합물의 조성이 평형 상태보다 더 많은 생성물을 포함하고 있음을 의미합니다. 즉, 반응 혼합물은 생성물의 농도가 높고 반응물의 농도가 상대적으로 낮은 상태입니다. 이러한 경우, 화학 반응은 평형을 회복하기 위해 생성물에서 반응물로 전환하는 역반응을 촉진합니다. 따라서, 'Q > K 일 때 반응이 역반응으로 진행된다'는 것은 현재의 반응 상태에서 역반응이 활발히 일어나 평형 상태로 돌아가려는 경향이 있음을 나타냅니다. 질문 2 : 역반응의 발생 범위 Q > K일 때 '역반응만 발생한다'는 의미는 아닙니다. 화학 반응은 동적 평형 상태에 있기 때문에, 역반응과 정반응은 동시에 일어납니다. 하지만 Q > K 상황에서는 역반응이 정반응보다 우세하게 일어나 결과적으로 생성물의 농도가 감소하고 반응물의 농도가 증가하는 경향이 있습니다. 이는 역반응이 보다 활발히 진행되어 전체적으로 반응 혼합물이 평형 상태의 조성으로 이동하게 만듭니다. 따라서, '역반응과 정반응 둘 다 일어나지만 역반응이 정반응보다 더 많이 발생해서 우리 눈에는 역반응이 진행되는 것처럼 보인다' 는 설명이 더 정확합니다. 이는 화학 평형의 동적 특성을 반영하며, 평형상태를 향한 시스템의 자연스러운 조절 과정을 설명합니다.
Q. 내연기관 자동차 에너지 전환 과정이 궁금해요!
안녕하세요. 내연기관 자동차의 에너지 전환 과정은 다양한 단계에서의 상호 작용과 변환을 포함합니다. 이 과정은 주로 연료의 연소로 시작되며, 연료(화학 에너지)가 열 에너지로 전환되는 것이 첫 단계입니다. 이러한 에너지 전환은 내연기관에서 연료가 연소될 때 발생하는 열을 통해 이루어지며, 이는 화학 반응을 통해 발생하는 에너지 해방 과정을 포함합니다. 다음 단계에서, 발생된 열 에너지는 기계적 에너지로 전환됩니다. 이는 엔진 내부의 피스톤이 상하로 움직이면서 크랭크축을 회전시키는 작용을 통해 이루어집니다. 이 과정에서 열은 피스톤을 움직이게 하는 동력을 제공하며, 이는 최종적으로 차량의 바퀴를 구동시키는 회전력으로 변환됩니다. 마지막으로, 이 회전력은 차량의 동력 전달 시스템을 통해 운동 에너지로 전환되어 자동차가 움직이게 됩니다. 이 과정에서 변속기는 엔진이 회전력을 조절하여, 차량의 속도와 토크 요구에 맞추어 바퀴로 전달되는 동력을 최적화합니다. 이러한 에너지 전환 과정은 이상적인 조건 하에서 설명되었으며, 실제로는 여러 단계에서 에너지 손실이 발생할 수 있습니다. 이 손실은 주로 열의 형태로 발생하며, 이는 엔진의 효율성을 감소시키는 주된 요인 중 하나입니다.
Q. 화학 이온결합 에너지 척력 인력 공식이 있을까요?
안녕하세요. 화학에서 이온결합의 에너지를 설명할 때 주로 쿨롱 법칙과 본-레너드-존스 잠재 에너지 모델을 사용합니다. 이들 공식은 원자나 이온 간의 인력과 척력을 계산하는데 사용됩니다. 쿨롱 법칙(Coulomb`s Law)은 전하를 가진 입자 간의 전기적 인력 또는 척력을 설명합니다. 이 법칙에 따르면, 두 입자 간의 힘은 입자 사이의 거리의 제곱에 반비례하고 각 입자의 전하량에 비례합니다. 이온 사이에서 작용하는 인력을 계산할때 사용됩니다. 이를 공식으로 표현하면 : F = k (q₁ q₂) / r² 여기서, F는 힘입니다. k는 쿨롱 상수(약 8.987 × 10⁹ Nm²/C²), q1과 q2는 상호작용하는 입자들의 전하량입니다. r는 입자들 사이의 거리입니다. 본-레너드-존스(Lennard-Jones Potential) 잠재 에너지는 두 원자 또는 분자 간의 인력과 척력을 모두 설명하는 공식으로, 특히 비결합 상호작용을 다룰 때 사용됩니다. 이 공식은 원자 간 거리가 일정 범위 내에서는 인력을, 매우 가까울 때는 척력을 나타냅니다. 이를 공식으로 표현하면 : V(r) = 4ε * ((σ/r)¹² - (σ/r)⁶) 여기서, V(r)은 잠재 에너지입니다. ε은 깊이의 최소 잠재 에너지입니다. σ는 입자들이 서로 겹치지 시작하는 거리입니다. r는 입자들 사이의 거리입니다. 이 공식에서 (σ/r)¹² 항은 원자들이 매우 가까워질때 강한 척력을 나타내며, (σ/r)⁶ 항은 더 큰 거리에서 작용하는 인력을 나타냅니다. 이 두 모델은 이온결합 뿐만 아니라 다양한 분자 간 상호작용을 이해하는데 중요한 도구입니다. 이온 결합의 경우, 주로 쿨롱 법칙이 중심적으로 사용되며, 복합적인 분자 시스템에서는 본-레너드-존스 잠재 에너지가 추가적인 정보를 제공할 수 있습니다.
Q. 분자와 분자 사이의 공간은 무엇이 채워지는 건가요?
안녕하세요. 분자 간의 공간은 물리적인 입자로 채워지지 않습니다. 이 공간을 '진공'으로 간주할 수 있으며, 분자 사이의 상호작용은 이 공간에서 일어납니다. 분자들은 그 자체로 고유한 전기적 성질을 가지고 있고, 이들 사이에 작용하는 힘들이 분자 간의 공간을 '채운다'고 할 수 있습니다. 주요한 상호 작용으로는 반데르발스 힘(Van der Waals foreces), 수소 결합(hydrogen bonds), 정전기적 상호 작용(electrostatic interactions)이 있습니다. 이러한 힘들은 분자들이 서로에게 미치는 영향을 설명하며, 이는 물질의 다양한 물리적, 화학적 성질을 결정하는데 중요한 역할을 합니다. 분자 간의 이 공간은 에너지 상태의 변화와 관련하여 중요한 연구 영역이기도 합니다. 따라서 분자 간의 공간을 단순한 '빈 공간'으로 보기보다는, 분자 상호작용의 장(field of molecular interaction)으로 이해하는 것이 더 적절합니다.