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과학148

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고체의 에너지띠 의미와 구조 파울리 배타 원리와 고체의 에너지띠 기체 상태에서와 같이 멀리 떨어져 있는 원자들은 다른 원자의 에너지 준위에 영향을 주지 않으므로 각각 불연속적인 에너지 준위를 가지게 되고, 따라서 같은 종류의 기체 원자에서는 에너지 준위 분포가 같은 반면에 고체 원자의 경우 원자 사이의 거리가 매우 가깝기 때문에 인접한 원자들이 전자의 궤도에 영향을 주어서 에너지 준위에 변화가 생깁니다. 이러한 고체 원자의 에너지 준위 변화 측면에서 같은 양자 상태에 2개 이상의 전자가 함께 있을 수 없으므로 수많은 원자의 에너지 준위가 서로 일치하지 않도록 미세하게 차이를 두고 나누어져 거의 연속적인 띠를 형성하게 됩니다. 이것이 바로 에너지띠이고, 영어로는 이를 에너지 밴드(Energy Band)라고 합니다. 그리고 이를 파울리.. 2024. 1. 3.
변압기의 구조와 원리 및 코일의 감은 수 변압기 (Transformer) 해외에서 구입한 전자 기기가 110V 전압을 사용한다고 하면 우리는 220V 전압을 사용하므로 220V를 110V로 바꾸어주어야 하고, 반대로 해외에 나가면 110V를 220V로 바꾸어주어야 하는 경우가 생기죠. 이럴 때 우리가 흔히 도란스라고 부르는 장치를 사용하는데요, 이것은 사실 변압기를 뜻하는 Transformer를 일본식 영어로 읽다 보니 생긴 말입니다. 변압기는 말 그대로 전압을 변경해 주는 기기를 뜻하는데요, 송전 과정에서 전압을 변화시키는 장치로 기본적인 원리는 전자기 유도 현상을 이용한 것입니다. 일전에 아래의 손실 전력을 줄이는 방법에 대한 글에서 송전 전압을 높이는 것이 필요하다는 내용이 있었는데요, 따라서 이런 이유로 변압기를 사용하게 됩니다. 202.. 2024. 1. 3.
지구 형성 과정 지구는 태양과 비교적 가까운 거리에 위치한 곳에서 형성이 되었기 때문에 주성분이 암석으로 이루어진 행성이 되었으며, 행성을 이루게 된 물질들이 기본 재료가 되어 생명체가 탄생하기까지에 이르렀죠. 이렇게 지구의 형성 과정을 요약하여 각 과정별로 정리해 보겠습니다. 지구의 형성 과정 원시 지구의 형성 → 미행성체의 충돌 → 마그마 바다의 형성 → 핵과 맨틀의 분리 → 원시 지각과 원시 바다의 형성 → 생명체의 출현 1. 원시 지구의 형성 태양계의 형성 과정에서 알 수가 있듯이 태양계에 원시 행성들이 형성이 되는데 이때 원시 지구 역시 함께 형성되었습니다. 태양계의 형성 과정은 아래 링크를 참조하시면 됩니다. 2023.12.21 - [과학] - 태양계의 형성 과정 태양계의 형성 과정 태양계(Solar syst.. 2024. 1. 2.
발전기의 원리 발전기 (Generator) 발전기란 전자기 유도(electromagnetic induction)를 이용하여 운동에너지나 위치에너지와 같은 역학적 에너지를 전기에너지로 전환하는 장치를 말합니다. 전동기(electric motor)와 구분을 하자면 전동기는 자석 사이에 있는 코일에 전류가 흐를 때 회전하는 힘을 얻기 때문에 전기 에너지가 역학적 에너지로 전환이 되는 반면에 발전기는 역학적 에너지를 전기 에너지로 전환하기 때문에 발전기와 전동기는 에너지 전환이 반대로 일어나게 됩니다. 우선 발전기의 원리를 이해하기 위해서는 전자기 유도 현상에 대한 개념이 필요하므로 아래 링크를 먼저 참조하고 읽으면 좋을 것 같고, 이와 함께 전동기와 발전기를 구분하여 알 수 있다면 더욱 좋겠습니다. 2023.12.28 - .. 2024. 1. 2.
전자기 유도 현상에 대한 이해 전기 에너지는 전류가 흐를 때 공급되는 에너지를 뜻하며, 에너지이므로 단위로는 일의 단위인 J(줄)을 사용하는데요, 이 전기 에너지를 어떻게 발생시키는지 이해하고, 발전기의 원리를 알기 위해서는 전자기 유도 현상에 대한 이해가 필요하기 때문에 발전기의 원리를 요약하기에 앞서 간략하게 작성해 보겠습니다. 전자기 유도 (Electromagnetic Induction) 코일 주위에서 자석을 움직이면 코일을 통과하는 자기장이 변하면서 코일에 전류가 흐르는 현상이 발견되는데, 이것이 바로 전자기 유도 현상입니다. 이는 자석의 역학적 에너지가 전기 에너지로 전환되기 때문인데요, 예를 들어서 코일을 감은 플라스틱 관에 자석을 떨어뜨리면 코일을 감지 않은 플라스틱 관에 자석을 떨어뜨릴 때보다 자석이 더 늦게 떨어지는 .. 2023. 12. 28.
세포막의 구조와 물질의 이동 (확산과 삼투) 세포막의 주성분과 구조 세포를 둘러싸고 있는 얇은 막을 일컫는 세포막(Cell membrane)은 세포의 모양을 유지하고 세포 안팎으로 물질의 출입을 조절하는 역할을 합니다. 여기서 우리가 세포막의 주요 기능으로 잘 알아야 하는 것이 세포의 안팎으로 물질의 출입을 조절한다는 것인데, 이 부분은 아래에 자세히 설명하고, 우선 세포막의 주성분과 그 구조에 대해서 이해를 해야 하는데요, 세포막의 주성분은 인지질(phospholipid)과 단백질로 구성되어 있습니다. 인지질은 아래 이미지와 같이 지질(fatty acid, 지방산)에 인산(phosphate)이 결합된 형태를 말합니다. 이미지를 보면 머리 부분, 즉 인산 부분은 친수성(hydrophilic)이고 지질(지방산)로 된 부분은 소수성(hydrophobi.. 2023. 12. 27.
초전도체와 마이스너 효과 초전도체 (Superconductor) 얼마 전에 우리나라에서 상용화 가능한 LK-99라는 상온 초전도체에 대한 논문이 발표되면서 세계적으로 큰 화제가 된 적이 있었죠. 사실 초전도체에 대한 내용은 고등학교 1학년 교과 과정의 통합과학에도 나오는 내용이기 때문에 그 효용에 대해서 많은 사람들이 아는 내용일터, 그래서 더 큰 화제가 되지 않았나 싶습니다. 초전도체(Superconductor)는 말 그대로 초전도 현상을 나타내는 물질을 말하는 것인데요, 그렇다면 초전도 현상이 무엇인지 알아야겠죠. 초전도 현상(Superconductivity)이라는 것은 특정 온도 이하에서 전기 저항이 0이 되는 현상을 의미합니다. 전기 저항이 0이라는 것의 의미는 전류가 아무런 손실이 없이 흐를 수가 있다는 것이죠. 여기서.. 2023. 12. 27.
전동기의 작동 원리 전동기 (Electric Motor) 자기장 속에서 전류가 흐르는 전선은 자기력을 받게 되는데요, 이를 이용한 것이 바로 전동기입니다. 조금 자세히 설명하자면, 자석 사이에 있는 코일이 전류가 흐를 때 회전하는 힘을 얻는 장치를 전동기라고 하는데요, 따라서 전동기 내부에는 자석과 코일이 있겠죠. 작동 원리에 대해서 정리해 보려고 하는데, 자기장 속에서 전류가 흐르는 전선이 받는 힘에 대한 이해가 먼저 있어야 하므로, 필요하신 분은 아래 링크를 먼저 읽어보시면 좋겠습니다. 2023.12.22 - [과학] - 자기장 속에서 전류가 받는 힘의 방향 자기장 속에서 전류가 받는 힘의 방향 자석 사이에 전선을 놓고 전류를 흘려주면 자석에 의한 자기장 속에서 전류가 흐르는 전선이 힘을 받게 됩니다. 다시 말하면 자기.. 2023. 12. 26.
자기장 속에서 전류가 받는 힘의 방향 자석 사이에 전선을 놓고 전류를 흘려주면 자석에 의한 자기장 속에서 전류가 흐르는 전선이 힘을 받게 됩니다. 다시 말하면 자기장 속에서 전류가 흐르는 전선은 자기력을 받게 되는 것인데요, 자기장에서 전류가 흐르는 전선이 받는 힘, 즉 자기력은 그 방향이 전류와 자기장의 방향에 각각 수직이 됩니다. 이를 좀 자세히 설명해 볼게요. 전선이 받는 자기력의 방향 자기장 속에 전류가 흐르는 전선이 있을 때 오른손의 엄지손가락이 전류의 방향이라고 하고, 나머지 네 손가락이 자기장의 방향을 가리키도록 하면 손바닥이 향하는 방향이 자기력의 방향이 됩니다. 위의 이미지를 보면 좀 더 쉽게 이해가 될 텐데요, 오른손을 들어서 엄지손가락이 전류의 방향(i)이 되고 자기장의 방향이 나머지 네 손가락의 방향(B)이 될 때 자기.. 2023. 12. 22.
지구형 행성과 목성형 행성 비교 태양계 성운이 형성되고 성운의 중력 수축으로 인해 원시 태양과 원시 원반이 형성된 다음, 미행성체가 형성되는 과정을 거쳐서 원시 행성과 태양계가 형성되었다는 것은 아래의 지난 포스팅에서 정리하였습니다. 2023.12.21 - [과학] - 태양계의 형성 과정 태양계의 형성 과정 태양계(Solar system)는 초신성이 폭발하면서 만들어진 거대한 성운에서 생성된 것이 여러 학설 중 가장 타당한 것으로 받아들여지고 있는데요, 형성된 시점은 약 50억년 전으로 추정하고 있습니다. jcspirit.tistory.com 그리고, 이렇게 태양계가 형성이 되는 과정에서 태양으로부터 얼마나 가까이 있는지, 또는 멀리 있는지에 따라서 성운의 원반을 이루는 물질이 달라졌기 때문에 태양과 가까운 곳에서는 지구형 행성이 형성.. 2023. 12. 22.
단백질의 단위체, 형성 및 기능 단백질의 단위체는 아미노산 단백질의 단위체(monomer of proteins), 즉 단백질이 결합을 형성할 때 단위가 되는 물질은 아미노산(Aminoacid)입니다. 아미노산은 탄소를 중심으로 아미노기(amino group), 카복실기(carboxyl group), 수소 원자, 그리고 곁사슬(R, side chain)이 아래 이미지와 같은 구조로 형성이 되어 있는데요, 곁사슬의 종류에 따라서 아미노산의 종류가 달라지게 됩니다. 생명체에는 이소루이신(isoleucine), 루이신(leucine), 라이신(lysine), 페닐알라닌(phenylalanine), 메티오닌(methionine), 트레오닌(threonine), 트렙토판(tryptophan), 발린(valine), 히스티딘(histidine) 등.. 2023. 12. 21.
태양계의 형성 과정 태양계(Solar system)는 초신성이 폭발하면서 만들어진 거대한 성운에서 생성된 것이 여러 학설 중 가장 타당한 것으로 받아들여지고 있는데요, 형성된 시점은 약 50억년 전으로 추정하고 있습니다. 지난번에 아래와 같이 별의 진화 과정에 대해서 작성한 바 있는데, 이는 태양계가 형성되는 과정에서 태양이 어떻게 생성되고 성장하였는지 함께 확인하면 좋을 듯합니다. 그리고 이번에는 태양계의 형성 과정에 대해서 정리를 해보겠습니다. 2023.12.19 - [과학] - 별의 진화 과정 별의 진화 과정 별의 진화 지난번의 포스팅에서 정리한 바와 같이 별은 가스 구름의 형성, 성운 형성, 원시별 형성의 과정을 거쳐서 탄생하게 되고, 이후에 생애 기간 동안 진화를 하게 됩니다. 이때 별은 만유 jcspirit.ti.. 2023. 12. 21.
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