안녕하세요? 김석진 전문가입니다.
기계공학
Q. 금속중에서 가장 단단한 것은 어떤 금속인지 궁금합니다.
안녕하세요. 김석진 과학전문가입니다.금속의 단단함은 그 금속의 결정 구조와 결정 격자의 크기, 결정 간의 결합 강도 등에 따라 결정됩니다. 따라서, 어떤 금속이 가장 단단하다고 일반적으로 단정짓기는 어렵습니다. 그러나, 일반적으로 높은 경도를 가진 금속들 중에서는 탄소강이나 철강 등이 있습니다.탄소강은 탄소와 철로 이루어진 합금으로, 강도와 경도가 높은 편입니다. 탄소강은 크게 일반탄소강, 고장탄소강, 특수탄소강 등으로 나뉘며, 각각의 종류에 따라 강도와 경도가 다릅니다.또한, 철강은 탄소강과 마찬가지로 철과 탄소로 이루어진 합금으로, 다양한 종류가 있습니다. 철강은 일반적으로 강도와 경도가 높은 편이며, 또한 내식성과 내구성이 뛰어납니다.하지만, 어떤 금속이 가장 단단하다는 것은 그 금속의 결정 구조와 결정 격자의 크기, 결정 간의 결합 강도 등에 따라 다르기 때문에, 단정짓기는 어렵습니다.
전기·전자
Q. 리튬인산철과 삼원계배터리의 차이가 무엇이고 장단점이 무엇인가요?
안녕하세요. 김석진 과학전문가입니다.리튬인산철(FePO4)은 리튬이 이온으로 이동하는 동안 철과 인산이 결합하여 만들어지는 양극재료입니다. 반면에 삼원계배터리는 리튬이온전지(Li-ion battery)의 한 종류로, 리튬코발트산화물(LiCoO2)을 양극재료로 사용하고 있습니다.리튬인산철과 삼원계배터리의 각각의 장단점은 다음과 같습니다:리튬인산철의 장점:안정성이 높아서 과충전되거나 과방전될 때 화재나 폭발 위험이 적습니다.철은 상대적으로 저렴하기 때문에 비교적 저렴한 가격으로 생산할 수 있습니다.리튬이온전지의 다른 종류보다 수명이 더 길다고 알려져 있습니다.리튬인산철의 단점:에너지 밀도가 낮아서 대체로 용량이 작습니다.방전시 전압이 낮아서 전력밀도가 낮습니다.삼원계배터리의 장점:에너지 밀도가 높아서 용량이 큽니다.방전시 전압이 높아서 전력밀도가 높습니다.삼원계배터리의 단점:안정성이 낮아서 과충전되거나 과방전될 때 화재나 폭발 위험이 있습니다.코발트는 비싸고 유해한 물질이기 때문에 생산 비용이 높습니다.수명이 짧아서 자주 교체해야 합니다.이러한 특성들 때문에, 리튬인산철은 안전성과 수명이 중요한 분야(예: 전동 자전거, 비행기 등)에서 많이 사용되고, 삼원계배터리는 대용량의 에너지가 필요한 분야(예: 전기 자동차, 스마트폰 등)에서 많이 사용됩니다.
화학
Q. 어렸을 때 뻥튀기 장수가 있었습니다.
안녕하세요. 김석진 과학전문가입니다.뻥튀기 장난감이나 음식물에서 쌀이 커지는 과정은 열과 압력이 함께 작용하여 쌀 속의 수증기가 확장되기 때문입니다.수증기는 물 분자가 열에 의해 빠르게 움직이면서 쌀 속에서 나오게 됩니다. 뻥튀기 장난감 안에서는 수증기가 쌀 입자의 표면에서 충돌하면서 압력이 쌀 입자 안으로 가해지고, 장난감 내부의 열에 의해 수증기의 압력이 높아지게 됩니다.따라서 압력과 열이 함께 작용하여 쌀 입자의 내부에 있는 수증기가 빠르게 팽창하여 쌀 입자가 부풀어 오르게 되고, 이로 인해 쌀의 크기가 더 커지게 됩니다. 이러한 과정이 반복되면 쌀이 더욱더 커지며 뻥튀기가 되는 것입니다.
지구과학·천문우주
Q. 도심 빌딩숲에서 바람의 세기가 더 강해진다고 합니다.
안녕하세요. 김석진 과학전문가입니다.도심 지역에서 바람이 세어지는 이유는 다양합니다. 일반적으로, 도시의 고층 건물들이 있어서 바람이 빌딩과 건물 사이를 통과할 때 마찰이 발생하기 때문입니다. 빌딩과 건물들은 바람의 방향과 속도를 변화시키는데, 이는 바람이 빌딩과 건물들의 윤곽을 따라 흐르게 되면서 생기는 것입니다. 이런 현상을 '바람의 유속 증가'라고 합니다.또한, 도시 내부의 건물들이 바람의 흐름을 방해함으로써 바람이 가속화되기도 합니다. 바람이 건물과 빌딩의 간격을 좁혀서 흐르다가 갑자기 빈 공간으로 들어가면 속도가 증가합니다. 이는 바람이 터널 효과를 느끼게 되면서 발생하는 것입니다. 이러한 현상들이 모두 겹쳐서, 도심 지역에서 바람이 더 강해지는 것입니다.
토목공학
Q. 사람이 만들 수 있는 가장 높은 건물은 몇층까지 가능한가요?
안녕하세요. 김석진 과학전문가입니다.현재까지 지어진 가장 높은 건물은 828m인 더브라이스 칼리파 타워입니다. 하지만 이론적으로는 더 높은 건물을 만드는 것이 가능합니다.그러나 건물의 높이는 기술적인 문제 뿐만 아니라 여러가지 요인에 따라 제한됩니다. 예를 들어, 건물의 무게는 지지하는 지반과의 상호작용에 영향을 미치며, 높은 바람이나 지진 등의 환경요인도 건물의 안정성과 높이를 제한하는 요인이 될 수 있습니다.따라서 건물의 높이는 현재의 기술적인 한계와 지질학적 및 환경적 제약 조건에 따라 결정됩니다. 하지만 기술이 발전하면서 미래에는 현재의 건물보다 높은 건물이 만들어질 수 있을 것으로 예상됩니다.