Doctor of Public Health 전상훈입니다
화학
Q. 원소는 왜 양성자의 수에 따라 종류가 바뀌나요?
안녕하세요. 원소의 정의와 특성이 양성자의 수-원자 번호-에 따라 결정되는 이유는 원자핵의 구성과 전자 구성에 기반을 두고 있습니다. 원소의 화학적, 물리적 특성은 원자핵 중심에 위치한 양성자의 수에 의해 주로 결정됩니다. 양성자의 수는 원소의 정체성을 규정하며, 이는 각 원소가 고유의 원자 번호를 가지는 이유입니다. 양성자 수의 변화는 원자의 전체 전기적 성질을 변경시킵니다. 수소 원자는 양성자 하나와 전자 하나로 구성되어 있으며, 이 두 입자 사이의 전기적 상호작용은 수소의 화학적 성질을 결정 짓습니다. 헬륨은 양성자 두 개와 전자 두 개를 가지고 있으며, 이 추가된 양성자는 헬륨이 더 높은 원자핵의 결합 에너지를 가지게 하고, 결과적으로 헬륨이 더 안정적인 원소가 되게 합니다. 양성자 하나의 추가는 원자의 전체 전자 구조에 영향을 미치며 이는 원소의 화학적 반응성을 근본적으로 변화시킵니다. 수소와 헬륨의 경우를 예로 들어보겠습니다. 수소는 매우 반응성이 강하고, 쉽게 다른 원소들과 결합하여 화합물을 형성합니다. 반면에 헬륨은 매우 안정적이며, 거의 모든 원소와의 화학적 반응을 하지 않는 비활성 가스입니다. 이러한 차이는 헬륨의 전자가 두 개 모두 1s 껍질에 안정적으로 채워져 외부로부터 추가 전자를 받거나 내어주기 어려운 상태가 되기 때문입니다.
화학
Q. 화장품에도 방부제가 들어가나요 ??
안녕하세요. 화장품에 산업에서 방부제의 사용은 제품의 미생물에 의한 오염을 방지하고, 안정성과 효능을 유지하기 위해 필수적입니다. 이러한방부제는 화장품의 성분 목록에 다양한 화학적 명칭으로 표기되며 각각은 특정 미생물에 대한 효과적인 억제력을 가지고 있습니다. 화장품에 자주 사용되는 방부제로는 파라벤류(parabens)가 있습니다. 이들은 메틸파라벤(methylparaben), 에틸파라벤(ethylparaben), 프로필파라벤(propylparaben), 부틸파라벤(butylparaben) 등으로 명시되며, 그 효과는 널리 인정받고 있습니다. 파라벤류는 효율적인 스펙트럼을 갖춘 저비용의 방부제로서 광범위한 미생물에 대한 보호 효과를 제공합니다. 또 다른 중요한 방부제로는 페녹시에탄올(phenoxyethanol)이 있습니다. 이 화학물질은 광범위한 항균 효과를 제공하며, 특히 피부에 대한 자극이 적은 것으로 알려져 있어 많은 화장품에 사용됩니다. 이외에도 디아졸리딘일 유레아(diazolidinyl urea), 소듐 벤조에이트(sodium benzoate), 소르빈산 칼륨(potassium sorbate) 등이 방부제로 사용되며, 각각 특정한 미생물의 성장을 억제하는 특징을 가지고 있습니다. 화장품의 안전성과 효능 유지를 위하여 이런 방부제들은 극소량만이 사용되며 관련 규정과 안전 기준에 따라 엄격히 관리됩니다.
물리
Q. 아인슈타인의 상대성이론에 관해 궁금합니다.
안녕하세요. 알버트 아인슈타인의 상대성 이론은 현대 물리학의 근간을 이루며, 이는 두 주요 구성 요소인 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론으로 나누어 설명됩니다. 특수 상대성 이론은 1905년에 제시되어, 광속의 불변성과 상대적인 시간과 공간의 개념을 도입하였습니다. 이 이론에 따르면, 모든 관성 참조계에서 빛의 속도는 상수 C = 299,792 km/s로, 이는 모든 관측자에게 동일하게 관찰됩니다. 이로 인해 발생하는 시간의 팽창과 공간의 수축 현상은 운동하는 물체의 속도가 빛의 속도에 근접할 때 두드러지게 나타납니다. 일반 상대성 이론은 1915년에 공개되어 중력을 공간-시간의 기하학적 곡률로 해석하였습니다. 이 이론은 중력을 물체가 가하는 공간-시간의 왜곡으로 묘사하여, 이 왜곡은 그 물체의 질량과 직접적인 관계가 있습니다. 중력의 이러한 기하학적 해석은 뉴턴의 중력 이론을 확장하며, 광학적 현상인 중력 렌징 및 블랙홀 주변에서의 예측 가능한 신호 등을 설명하는데 필수적입니다. 또한, 상대성 이론은 현대 과학 기술에 광범위한 영향을 미쳤습니다. 정밀 위치 측정을 제공하는 GPS 기술은 이 이론의 원칙을 사용하지 않고서는 분 단위의 위치 오차를 발생시킬 수 있습니다. 이러한 기술은 지구상의 시간 챙창과 중력에 의한 시간 변화를 상쇄하기 위해 상대성 이론을 적용합니다. 또한, 천문학과 우주물리학 분야에서는 일반 상대성 이론이 블랙홀의 성질, 우주의 팽창 등을 이해하는 데 중심적인 역할을 합니다. 원자 시계의 발달과정에서도 이 이론은 필수적이며, 이는 초정밀 시간 측정에 기여하고 있습니다.
물리
Q. 샤를의 법칙은 어떤것을 말해주는 건가요?
안녕하세요. 샤를의 법칙(Charles`s Law)은 열역학에서 매우 중요한 원리 중 하나로, 기체의 부피와 온도 간의 관계를 설명합니다. 이 법칙은 1787년 자크 샤를(Jacques Charles)에 의해 처음 발견되었으며, 종종 '부피-온도 법칙(Volume-Temperature Law)'으로도 불립니다. 샤를의 법칙은 일정한 압력 하에서 이상 기체의 부피는 절대 온도에 직접 비례한다고 말합니다. 이 법칙은 수학적으로 다음과 같이 표현됩니다 : V∝T 여기서 V는 기체의 부피이고, T는 절대 온도(Kelvin 단위)입니다. 즉, 기체의 온도가 상승하면 부피도 증가하며 온도가 낮아지면 부피도 감소합니다. 이 관계를 상수로 표현하면 다음과 같은 등식이 성립합니다 : (V₁ / T₁) = (V₂ / T₂) 이 등식에서 V₁과 T₁은 초기 부피와 초기 온도를 나타내며, V₂와 T₂는 변화 후의 부피와 온도를 나타냅니다. 이 법칙은 기체가 가열될 때 확장하고, 냉각될 때 수축한다는 것을 공식적으로 나타내며, 일상 생활에서도 적용되는 다양한 현상들을 설명하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 열기구가 하늘로 떠오르는 것은 샤를의 법칙에 의한 현상입니다. 열기구 내부의 공기를 가열하면 공기의 부피가 증가하여, 주변보다 밀도가 낮아지고, 이로 인해 열기구는 상승합니다.
물리
Q. 더운여름 도로위에 신기루가 있던데 왜그런가요?
안녕하세요. 신기루(mirage)는 광학적 현상(optical phenomenon)으로서, 특히 더운 여름날에 평평한 도로 표면 위에서 자주 관찰됩니다. 이 현상은 공기 중 온도 구배(temperature gradient)에 의해 발생하는 빛의 굴절(refraction)과 관련이 있습니다. 더운날, 아스팔트는 태양의 열을 집적하여 공기를 가열하며 이 과정에서 공기의 밀도가 낮아집니다. 이러한 밀도 변화는 높은 온도로 인한 공기의 밀도 감소(density decrease)에 기인하며, 이는 공기가 가벼워지고(refractive index decreases), 빛의 경로를 변화시키는 요소로 작용합니다. 빛이 이러한 밀도가 낮은 공기층을 통과할 때, 더 높은 밀도를 가진 차가운 공기층으로 진입하면서 굴절됩니다. 이 굴절은 빛이 마치 도로 표면에서 반사되는 것처럼 보이게 만들어, 관찰자에게는 도로 위에 물이 고여 있는 것처럼 보이게 합니다. 실제로는 물이 없으나, 빛의 굴절로 인해 생성된 광학적 착각(optical illusion)입니다. 이 현상은 '하류 신기루'(inferior mirage)라고 불리며, 보통 고온의 지면 근처에서 발생하는 반면, '상류 신기루'(superior mirage)는 차가운 지역에서 공기가 뜨거운 지역보다 차가워 발생합니다. 하류 신기루는 주로 지평선에서 물체가 뒤집혀 보이는 것과는 달리, 물이나 물체가 도로에 반사되는 것처럼 보이게 만듭니다.