Doctor of Public Health 전상훈입니다
물리
Q. 열역학 제2법칙에 대해 알려주세요.
안녕하세요. 열역학 제 2법칙은 열에너지의 전환과 분산에 관한 근본적인 원친을 규정하며, 자연계에서 일어나는 자발적인 과정이 어떠한 방향성을 가지고 발생하는지를 설명합니다. 이 법칙은 특히 엔트로피(entropy)의 개념을 중심으로 이해될 수 있으며, 엔트로피는 시스템의 무질서도 또는 확률적 무작위성을 수량화한 척도로서 기능합니다. 열역학 제 2법칙에 따르면, 고립된 시스템에서의 자발적인 과정은 엔트로피를 증가시키는 방향으로 진행됩니다. 이는 무질서도가 시간이 경과함에 따라 증가한다는 것을 의미하며, 이 원리는 우주의 근본적인 법칙 중 하나로 간주됩니다. 클라우지우스(Clausius) 정의에 의하면, 열은 자연적으로 높은 온도에서 낮은 온도로만 이동합니다. 이 원리 냉장고나 에어컨 같은 열기계의 작동 원리를 이해하는 데 중요한 역할을 합니다. 예컨데, 냉장고는 외부로부터 열을 흡수하고 내부로부터 열을 방출하여 내부의 온도를 낮춥니다. 켈빈-플랑크(Kelvin-Planck) 정의는 모든 열기계가 에너지를 100% 효율적으로 전환할 수 없다는 것을 명시합니다. 실제로 모든 열연동 과정은 일부 에너지를 주변 환경으로 소실하게 됩니다. 이는 발전소에서 전기를 생산하거나 자동차 엔진이 작동할 때 발생하는 열 손실을 설명할 때 사용됩니다. 이러한 이해를 바탕으로 열역학 제 2법칙은 물리학, 공학, 화학, 심지어 생물학적 과정에 이르기까지 다양한 분야에서 근본적인 원리로 작용합니다. 이 법칙은 에너지의 보존과 변환을 다루는 모든 기술적, 환경적, 심지어 경제적 응용에서도 중요한 고려 사항입니다.
화학
Q. 타이레놀이 수소결합때문에 물에서 제일 빨리 녹는다는데 그 과정 좀 자세히 설명해주실수 있나요..
안녕하세요. 타이레놀(아세트아미노펜)이 물에 빠르게 녹는 현상은 화학적 구조와 물의 화학적 특성 간의 상호 작용에서 비롯됩니다. 타이레놀의 분자 구조에서 관찰할 수 있는 수소 결합 능력은 이 약물이 물과 효과적으로 상호 작용하여 빠르게 용해되도록 합니다. 다음은 타이레놀이 물에서 녹는 과정을 자세히 설명한 내용입니다. 타이레놀의 활성 성분인 아세트아미노펜은 아민 그룹(-NH₂)과 하이드록실 그룹(-OH)을 포함하고 있습니다. 이 그룹들은 수소 결합을 형성할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 수소 결합은 양성자(수소 원자)가 전자를 많이 끌어당기는 원자(예: 산소, 질소)에 부분적으로 결합되는 화학적 상호 작용을 말합니다. 물 분자는 극성을 가지며, 수소 원자는 부분적으로 양의 전하를, 산소 원자는 부분적으로 음의 전하를 가집니다. 물 분자의 이러한 극성은 물 분자들 사이뿐만 아니라 물과 다른 극성 분자 사이에서도 수소 결합을 유도합니다. 아세트아미노펜의 아민 그룹과 하이드록실 그룹은 물 분자의 산소와 수소 원자와 수소 결합을 형성할 수 있습니다. 타이레놀이 물에 노출되면, 아세트아미노펜 분자의 하이드록실 그룹과 아민 그룹은 물 분자와 수소 결합을 형성합니다. 이 수소 결합은 물 분자와 아세트아미노펜 분자를 서로 끌어당기며, 이 상호 작용이 충분히 강하면 아세트아미노펜 분자가 용액 속으로 이동하게 됩니다. 결과적으로, 아세트아미노펜은 물 속에서 빠르게 용해됩니다. 이러한 메커니즘은 타이레놀이 다른 약물보다 물에서 빠르게 용해될 수 있는 이유를 설명합니다. 수소 결합 능력이 높을수록, 물과의 상호 작용이 강해져 용해도가 증가하는 경향이 있습니다. 이는 아세트아미노펜이 다른 약물보다 물에 더 잘 녹는 이유 중 하나입니다.
생물·생명
Q. 거미줄에 새가 걸릴수도 있나요? 어딘가
안녕하세요. 거미줄이 상당히 강한 재료로 구성되어 있긴 하지만, 대부분의 거미줄은 새를 포획할 정도로 강력하지 않습니다. 일반적으로 거미줄은 곤충을 포획하는 데 사용되며, 그 크기와 강도는 작은 곤충을 붙잡기에 적합합니다. 그러나 몇몇 거미 종은 특히 크고 강한 거미줄을 만들어내는 것으로 알려져 있습니다. 예컨데, 호주와 뉴기니의 일부 지역에서 발견되는 골든 오브 위버 거미(Golden orb wearver spider)는 매우 크고 강한 거미줄을 만들 수 있습니다. 이들의 거미줄은 때때로 작은 새나 박쥐를 잡을 수 있을 정도로 충분히 크고 강력합니다. 이러한 사례들은 거미줄이 실제로 어떤 상황에서는 작은 새를 잡을 수 있음을 보여주지만, 이는 매우 드문 경우입니다. 대부분의 거미줄은 새에게는 위험을 크게 주지 않으며, 새들은 일반적으로 거미줄에 걸린다 하더라도 비교적 쉽게 벗어날 수 있습니다. 새가 거미줄에 걸리는 것은 주로 불운한 사고로 인한 것으로, 거미가 의도적으로 새를 노리고 거미줄을 만드는 것은 아닙니다. 따라서, 대부분의 거미줄은 새들에게 심각한 위협이 되지 않으며, 거미와 새 사이의 상호 작용은 자연계에서 흔히 볼 수 있는 다양한 상호 작용 중 하나일 뿐입니다.
화학
Q. 2차 전지의 배터리가 완전방전되게되면 다시 재 충전을 할수가 없게 되나요?
안녕하세요. 2차 전지, 특히 리튬 이온 배터리(Lithium-ion battery)가 완전 방전 상태에 이르렀을 때, 그것이 다시 충전될 수 없게 되는 현상은 배터리 내부에서 일어나는 여러 화학적 및 물리적 변화에 기인합니다. 완전 방전이라 함은 배터리의 전압이 매우 낮은 상태로 떨어져, 기본적인 화학적 활동을 유지하는 데 필요한 최소 전압 이하로 내려간 상태를 말합니다. 이 상태가 지속될 경우, 배터리의 내부 구조에 돌이킬 수 없는 손상이 발생할 수 있습니다. 배터리가 완전 방전된 상태로 방치되면, 양극(positive electrode)과 음극(negative electrode) 사이의 활성 물질이 화학적으로 불안정해져 성능 저하를 초래할 수 있습니다. 특히, 리튬 이온 배터리에서는 양극에 저장된 리튬이 동화되어 음극으로 이동하지 못하고, 음극의 리튬이 소진되면서 전지의 용량이 영구적으로 감소할 수 있습니다. 또한, 배터리의 보호 회로(protection circuit)가 작동하여, 낮은 전압 상태에서 배터리의 추가적인 손상을 방지하기 위해 전기적 경로를 차단할 수 있습니다. 이 보호 회로는 배터리를 안전하게 유지하기 위한 장치이지만, 배터리가 너무 오랜 시간 동안 낮은 전압 상태에 놓여 있을 경우 회로가 재활성화되지 않을 수 있으며, 이는 배터리의 재충전을 불가능하게 만듭니다. 따라서, 2차 전지의 효과적인 관리와 오래 지속되는 사용을 위해서는 배터리를 완전히 방전되지 않도록 주의하고, 정기적인 충전을 통해 배터리의 건강을 유지하는 것이 권장됩니다. 배터리를 사용하지 않을 때는 약 40-50% 정도의 충전 상태를 유지하는 것이 이상적입니다. 이는 배터리의 수명을 연장하고, 성능 저하를 최소화하는 데 도움이 됩니다.
생물·생명
Q. 지네의 독은 얼마나 강한가요? 뱀독만큼
안녕하세요. 지네는 실제로 독을 가지고 있는 생물이며, 그들의 독은 먹이를 마비시키거나 사냥할 때 사용됩니다. 하지만 지네의 독이 뱀의 독과 같은 수준으로 강력하지는 않습니다. 지네의 독은 대부분의 사람들에게 일반적으로 불쾌감, 통증, 붓기를 유발할 수 있지만, 대개 치명적이지는 않습니다. 지네에 물렸을 때의 반응은 사람마다 다르며, 통증과 붓기, 때로는 국소적인 발진이나 두드러기가 나타날 수 있습니다. 특히 알레르기 반응이 있는 사람들의 경우, 더 심각한 증상을 경험할 수 있습니다. 그러나 지네의 독이 일반적으로 뱀독처럼 강력하거나 광범위한 조직 손상을 일으키는 것은 아닙니다. 지네의 독에는 여러 종류의 화학 물질이 포함되어 있으며, 이들 중 일부는 신경독성을 가질 수 있습니다. 그러나 대부분의 경우 지네에게 물렸을 때 증상은 국소적이며 일시적입니다. 만약 지네에 물려 심한 반응을 보이거나, 증상이 개선되지 않는 경우에는 의료 전문가의 도움을 받는 것이 좋습니다. 요약하자면, 지네의 독은 사람에게 일반적으로 치명적이지는 않지만, 불편하고 불쾌한 증상을 유발할 수 있습니다. 뱀의 독과 같은 수준의 위험성은 아니며, 대부분의 경우 심각한 건강 문제로 이어지지 않습니다.