Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 고구마는 싹이 나도 제거해서 먹어도 되고, 감자는 안되는 건가요?
안녕하세요. 고구마와 감자 모두 싹이 나는 것은 일반적으로 저장 상태에서 생긴 자연스러운 현상입니다. 그러나 이들의 싹을 처리하는 방법에는 차이가 있습니다. 이 차이는 각각의 식물이 싹을 틔울 때 생성하는 특정 화학 물질의 종류와 양 때문입니다. 고구마의 싹은 일반적으로 솔라닌과 같은 독성 화합물을 적은 양만 생성합니다. 따라서 고구마에서 싹이 나더라도, 그 부분만 제거하고 나머지 부분은 안전하게 섭취할 수 있습니다. 고구마는 싹이 나거나 녹색으로 변하는 부분만 제거하면 나머지는 영양 가치가 유지되며 안전하게 섭취할 수 있습니다. 반면, 감자는 싹이 트거나 녹색으로 변할 때 솔라닌(solanine)과 차코닌(chaconine)과 같은 글리코알 칼로이드를 상당량 생성할 수 있습니다. 이러한 화합물은 인체에 독성을 가지며, 섭취할 경우 구토, 설사, 두통, 심지어 신경계 문제를 일으킬 수 있습니다. 감자에서 싹이 나거나 피부가 녹색으로 변한 부분은 이러한 독성 화합물의 함량이 높아져서, 감자 전체가 독성을 가질 수 있으므로 섭취를 피해야 합니다. 고구마와 감자 사이에 이러한 차이가 있는 주된 이유는 감자가 싹이 트는 과정에서 생성하는 독성화합물의 양과 종류가 더 많기 때문입니다. 따라서 고구마는 싹이 나더라도 부분적으로 제거 후 섭취가 가능하지만, 감자는 싹이 나거나 녹색으로 변한 부분이 있을 경우 전체적으로 섭취를 피하는 것이 안전합니다.
Q. 태양전지 안에 있는 pn반도체에 대한 질문입니다.
안녕하세요. 태양전지에서 광전효과는 주로 pn 접합(p-n junction) 지점에서 발생합니다. 이 구조에서 n형 반도체(n-type semiconductor)와 p형 반도체(p-type semiconductor)는 각각 중요한 역할을 수행하며, 광전효과는 이 두 반도체의 경계면에서 가장 활발하게 일어납니다. n형 반도체는 추가된 도너(donor) 물질에 의해 여분의 전자를 갖고 있는 상태로, 이는 전도대에 자유 전자를 제공합니다. 반면, p형 반도체는 억셉터(acceptor) 물질에 의해 전자가 결핍되어 있어 정공이 발생합니다. 이 정공은 발리 밴드(valence band)에 위치하게 됩니다. 태양광이 pn 접합에 입사할 때, 빛의 에너지는 반도체 내의 전자를 여기시켜 전자-정공 쌍을 생성하게 됩니다. 이때 여기된 전자는 전도대로 이동하고, 정공은 발리 밴드에 남게 됩니다. 이러한 분리된 전자와 정공은 pn 접합에 형성된 내장 전기장(built-in electric field)의 영향을 받아, 전자는 n형 쪽으로, 정공은 p형 쪽으로 이동하게 됩니다. 이로 인해 전기적 퍼텐셜 차이가 발생하며, 이 퍼텐셜 차이가 전기 에너지로 변환되어 외부 회로를 통해 사용될 수 있습니다. 이 과정에서 중요한 점은, pn 접합이 광전효과의 핵심 장소로 작용하며, n형 반도체와 p형 반도체는 각각 전자와 정공의 이동을 돕는 역할을 한다는 것입니다. 따라서 광전효과는 pn 접합의 물리적 및 전기적 특성에 의해 크게 좌우됩니다. 이런 메커니즘을 통해 태양전지는 태양의 에너지를 직접적으로 전기 에너지로 변환하는 효율적인 수단을 제공합니다.
Q. 염색약은 어떤 원리로 머리카락을 염색하는 것 인가요?
안녕하세요. 염색약이 머리카락을 어떻게 염색하는지에 대해 설명드리겠습니다. 머리카락을 염색하는 과정은 화학적 반응을 통해 이루어지며, 염색약의 활성화 및 색소의 침착 과정에서 의 두 단계로 나눌 수 있습니다. 염색약에는 보통 암모니아 같은 알칼리성 물질이 포함되어 있으며, 이는 머리카락의 표면을 부드럽게 하여 염료 분자가 머리카락 내부로 침투할 수 있도록 도와줍니다. 머리카락의 주요 구성 요소인 케라틴 단백질 사이의 결합을 일시적으로 약화시켜, 머리카락의 내부 구조인 피질층까지 염료가 도달하게 합니다. 암모니아에 의해 열린 피질층을 통해 염료의 선구체(미색성 분자)가 침투한 후, 과산화수소가 이 선구체와 반응하여 색소를 형성합니다. 이 색소는 머리카락 내부에 영구적으로 결합하여, 머리카락을 씻을 때도 쉽게 빠지지 않는 견고한 색상을 제공합니다. 과산화수소는 또한 머리카락의 자연 색소인 멜라닌을 분해하여, 염색약의 색상이 더 잘 드러나도록 합니다. 염색 과정에서 형성된 색소의 화학적 결합은 매우 강력하여, 일반적인 샴푸나 물로는 제거가 어렵습니다. 염색약의 이러한 특성은 머리카락의 색상을 오랫동안 유지시켜 주며, 햇빛이나 외부 환경 요인에 의한 탈색을 최소화합니다.
Q. 계란을 인공 부화시키기 위한 적정 온도와 부화 기간은?
안녕하세요. 인공 부화의 과정에서 닭의 배아 발달은 매우 섬세한 온도 조절을 요구합니다. 적정 부화 온도는 일반적으로 37.5°C에서 38°C 범위에 설정되어야 하며, 이는 배아의 생리적 및 발달적 요구를 충족시키기 위한 것입니다. 온도가 이 범위를 벗어나면 배아의 정상적인 성장이 저해될 수 있으므로, 인공 부화기의 온도 설정은 매우 정밀해야 합니다. 닭의 계란 부화 기간은 통상 21일간 지속됩니다. 이 기간 동안 계란은 주기적으로 자동 또는 수동으로 회전되어야 하는데, 이는 배아가 껍질에 붙어 발달 장애를 일으키는 것을 방지하기 위함입니다. 또한, 인공 부화기 내의 습도는 초기에는 약 55%에서 60% 사이로 유지되며, 출란을 앞둔 마지막 몇 일 동안에는 습도를 65% 이상으로 상승시켜야 합니다. 이러한 조건들은 배아의 생존율을 최적화하고, 건강한 병아리의 부화를 도모하는데 결정적인 역할을 합니다.
Q. 부력의 계수가 존재하지 않는 이유가 뭘까요?
안녕하세요. 부력을 이해하는데 있어서 '부력의 계수'가 별도로 존재하지 않는 이유는 부력이 아르키메데스의 원리에 의해 결정되고, 그 계산이 명확하게 정의된 변수들에 의해 이루어지기 때문입니다. 부력은 물체가 유체(액체나 기체)에 잠겼을 때 그 물체에 작용하는 상향 힘으로, 이 힘은 물체가 밀어낸 유체의 무게에 의해 발생합니다. 아르키메데스의 원리에 따르면, 어떤 물체에 작용하는 부력의 크기는 그 물체가 밀어낸 유체의 무게와 동일합니다. 이는 다음과 같은 수식으로 표현됩니다 : B = ρ × V × g 여기서, B는 부력, ρ는 유체의 밀도, V는 물체에 의해 밀려나간 유체의 부피, g는 중력 가속도입니다. 부력의 계수가 없는 이유는, 부력은 위의 수식을 통해 직접적으로 계산될 수 있으며, 그 값은 물체가 밀어내는 유체의 양에 따라 정확히 결정됩니다. 따라서, 별도의 계수를 도입할 필요가 없습니다. 또, 부력을 결정하는 주요 변수들은 유체의 밀도와 물체의 부피입니다. 이 두 변수는 각각의 물리적 상황에 따라 명확하게 측정될 수 있으며, 추가적인 계수를 도입함으로써 생기는 복잡성을 피할 수 있습니다. 물리적인 의미로 마찰력에서 마찰 계수가 존재하는 이유는 다양한 재료의 상호 작용을 수치화하기 위함이며, 탄성력에서의 탄성 계수는 재료의 탄성 특성을 정량화하기 위함입니다. 하지만 부력은 물체와 유체 간의 상호 작용이 아니라, 유체에 의해 밀려나는 물체의 무게에 의해 결정되므로, 별도의 계수가 필요하지 않습니다.