잡학사전 79: 센서등은 자동차가 다가가도 불이 켜질까? / 정전기 방지 스프레이가 정전기를 막아주는 이유는?

1. 센서등은 자동차가 다가가도 불이 켜질까?

센서등은 사람이 가까이 다가가면 불이 켜지고, 일정 시간이 지나면 자동으로 꺼지는 기능을 갖추고 있습니다. 그렇다면 센서등은 구체적으로 사람의 어떤 부분을 감지할까요? 그림자일까요? 목소리일까요? 아니면 사람이 움직일 때 발생하는 공기의 진동일까요? 정답은 모두 아닙니다.

적외선 감지

센서등은 적외선을 감지하여 작동합니다. 적외선은 열작용이 크기 때문에 '열선'이라고도 불립니다. 모든 물체는 일정한 온도에 대응하는 파장의 적외선을 방출하며, 인간도 예외가 아닙니다. 센서등은 사람의 체온에서 방출되는 특유의 적외선을 감지하도록 설계되어 있습니다.

센서등의 작동 원리

센서등은 사람 특유의 적외선 파장을 인식하여 불이 켜지도록 프로그램되어 있습니다. 따라서 센서등은 인간의 적외선을 감지하여 작동하지만, 사람 이외의 물체에 대해서는 반응하지 않습니다. 예를 들어, 자동차가 다가가더라도 자동차의 표면 온도는 사람과 다르기 때문에 센서등의 적외선 센서가 이를 감지하지 못합니다. 따라서 센서등은 자동차가 다가가도 불이 켜지지 않습니다.

결론

• 적외선 감지: 센서등은 사람의 체온에서 방출되는 적외선을 감지하여 작동합니다.
• 자동차 감지: 자동차는 센서등이 감지하는 적외선 파장을 방출하지 않기 때문에, 자동차가 다가가도 센서등의 불은 켜지지 않습니다.
• 사람 감지: 사람의 체온에서 나오는 특유의 적외선 파장을 감지하여 센서등이 켜지므로, 사람만이 센서등을 작동시킬 수 있습니다.

이와 같은 원리로 센서등은 특정 대상, 즉 사람에게만 반응하도록 설계되어 있기 때문에, 불필요한 전력 소모를 줄이고 효율적으로 작동할 수 있습니다.

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2. 형상기억합금 안경은 어떤 식으로 구부려도 원래대로 돌아올까?

안경다리가 쉽게 휘어져 속 썩이는 경우가 많습니다. 안경을 쓴 채 옷을 갈아입거나 만원 지하철에서 이리저리 부대끼다 보면 자기도 모르는 사이 안경이 휘어져 있기도 합니다. 그러나 형상기억합금을 사용한 안경이라면 이러한 문제를 걱정할 필요가 없습니다.

형상기억합금의 특징

일반 금속은 힘을 가하면 전체 모습이 변할 뿐 아니라 하나하나의 원자와 원자의 연결 방식까지 변합니다. 반면 형상기억합금은 힘을 받아 전체 모양이 변했더라도 원자끼리의 연결 방식은 변하지 않습니다. 이는 형상기억합금이 특정 온도 이상에서 원래의 형태를 기억하는 특수한 성질을 가지고 있기 때문입니다.

작동 원리

형상기억합금은 외부에서 가해진 힘을 받으면 변형되지만, 그 변형은 원자 수준의 연결이 변하지 않은 상태에서 일어납니다. 힘을 제거하면 다시 원래의 모양으로 돌아오게 됩니다. 이는 원자 구조가 기억된 형태로 되돌아가려는 성질 때문입니다. 예를 들어 안경다리를 90도 이상 구부린 다음 그 상태를 유지하면서 다른 방향으로 다시 90도를 구부렸다 손을 놓으면 즉시 원래 상태로 되돌아옵니다.

한계점

형상기억합금에도 한계는 있습니다. 안경다리를 계속 빙글빙글 비틀고 있으면 금속피로라는 현상이 발생해 결국 비틀어지면서 끊어지게 됩니다. 이는 금속이 반복적인 변형을 겪으면서 피로도가 쌓여 결국 구조적 손상이 일어나는 현상입니다.

결론

• 형상기억합금의 특성: 외부 힘에 의해 변형되더라도 원래의 형태로 돌아가는 성질을 가집니다.
• 원자 구조의 안정성: 변형 시에도 원자끼리의 연결 방식이 변하지 않아 원래 상태로 복귀합니다.
• 한계점: 금속피로 현상으로 인해 반복적인 변형은 결국 금속의 파손을 초래할 수 있습니다.

형상기억합금을 사용한 안경은 일상적인 사용에서 발생할 수 있는 휘어짐을 걱정할 필요 없이 사용 가능하며, 이러한 특수한 합금의 성질 덕분에 더욱 편리한 생활을 누릴 수 있습니다.

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3. 에어컨 케이블이 굵은 이유는?

에어컨과 전자레인지는 모두 소비 전력이 약 1,500와트 전후로 비슷합니다. 그러나 콘센트에 연결되는 케이블의 굵기는 현저히 다릅니다. 전자레인지는 일반적인 굵기의 케이블을 사용하는 반면, 에어컨은 일반 케이블을 두세 개 모은 것 정도로 굵습니다. 이러한 차이는 '에어컨 화재'를 예방하기 위한 조치입니다.

줄의 법칙과 열 발생

물리 시간에 배운 '줄(Joule)의 법칙'을 떠올려보면, "전류가 금속 같은 도체를 흐를 때 도체의 저항에 의해 열이 발생한다"는 내용이 있습니다. 케이블은 전기저항이 매우 적은 도체이지만, 그래도 열이 발생합니다. 전류가 흐르면 저항에 의해 열이 발생하고, 이 열이 축적되면 과열로 이어질 수 있습니다.

전자레인지와 에어컨의 차이

전자레인지는 필요할 때만 잠깐씩 사용하는 가전제품으로, 연속운전시간이 비교적 짧습니다. 따라서 일반적인 굵기의 케이블을 사용해도 과열 현상이 발생하지 않습니다. 반면 에어컨은 장시간, 때로는 며칠 동안 연속으로 사용할 수 있습니다. 일반 굵기의 케이블을 사용할 경우 장시간 사용으로 인해 과열되어 화재가 발생할 위험이 높아집니다.

굵은 케이블의 필요성

에어컨은 이러한 위험을 방지하기 위해 굵은 케이블을 사용합니다. 굵은 케이블은 전류가 흐를 때 저항이 적고, 열 발생이 상대적으로 적어집니다. 이를 통해 과열을 방지하고, 안전하게 장시간 사용할 수 있게 됩니다.

결론

• 줄의 법칙: 전류가 흐를 때 도체의 저항에 의해 열이 발생합니다.
• 전자레인지: 짧은 연속운전시간으로 일반적인 굵기의 케이블을 사용해도 과열 문제가 적습니다.
• 에어컨: 장시간 연속 사용으로 인해 과열 위험이 높아 굵은 케이블을 사용하여 화재를 예방합니다.
• 굵은 케이블의 필요성: 저항이 적어 열 발생을 줄여 과열을 방지하고, 안전성을 높입니다.

이렇듯 에어컨 케이블이 굵은 이유는 안전성을 높이기 위한 조치로, 장시간 사용 시 발생할 수 있는 과열과 화재를 예방하기 위함입니다.

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4. 정전기 방지 스프레이가 정전기를 막아주는 이유는?

건조한 겨울철, 정전기 방지 스프레이는 큰 도움이 됩니다. 의류에 뿌리면 스커트나 바지 자락이 몸에 달라붙는 현상이 줄어들고, 먼지가 덜 붙어 옷이 더러워지는 확률도 낮아집니다. 이 유용한 상품의 원료는 단지 두 가지, 계면활성제와 알코올뿐입니다.

계면활성제와 알코올의 역할

정전기 방지 스프레이를 옷에 뿌리면, 알코올은 빠르게 증발합니다. 그 후 계면활성제 분자가 옷의 표면에 남아 옷을 덮게 됩니다. 계면활성제는 세제의 주원료로, 그 분자는 물 분자와 결합하기 쉬운 성질을 가지고 있습니다. 따라서 계면활성제 분자가 옷에 남아있으면, 공기 중의 수분을 빨아들여 계면활성제 분자에 달라붙게 만듭니다.

수분의 역할

수분은 전기를 통과시키기 쉬운 성질이 있습니다. 그래서 옷에 정전기가 발생하더라도, 그 정전기는 물기를 머금은 계면활성제 분자를 통해 대기 속으로 방출됩니다. 정전기가 옷에 축적되지 않으면, 옷이 몸에 달라붙거나 먼지를 끌어들이는 현상이 일어나지 않습니다.

정전기 방지의 원리

정전기 방지 스프레이는 계면활성제와 알코올의 단순한 조합으로 작동합니다. 옷에 뿌리면 알코올이 증발하고 계면활성제 분자가 옷을 덮어, 공기 중의 수분을 끌어들여 전기 방출을 도와줍니다. 이로 인해 정전기 발생이 억제되고, 옷이 몸에 달라붙거나 먼지가 붙는 문제를 해결할 수 있습니다.

정전기 방지 스프레이 사용의 효과

• 의류의 달라붙음 방지: 정전기 발생을 억제하여 스커트나 바지가 몸에 달라붙지 않음.
• 먼지 방지: 정전기가 없으므로 먼지가 옷에 잘 붙지 않음.
• 간편한 사용: 계면활성제와 알코올이라는 간단한 성분 조합으로 효과적.

결론적으로, 정전기 방지 스프레이는 계면활성제와 알코올의 조합을 통해 옷의 표면에 수분을 유지시키고, 이를 통해 정전기를 대기로 방출함으로써 정전기 발생을 막아줍니다. 이를 통해 옷의 달라붙음과 먼지 부착을 효과적으로 방지할 수 있습니다.

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5. 화석 연대를 어떻게 측정할까?

화석의 연대를 측정하는 방법은 다양하지만, 대표적으로 세 가지 방법이 주로 사용됩니다. 각 방법은 화석이 지하에 묻혀 있던 시간을 추정하는데 사용됩니다.

1. 화학적 연대결정법

화석은 지하수에 포함된 불소나 마그네슘 등 다양한 원소를 함유하고 있습니다. 이러한 원소의 함유량은 화석이 지하수에 얼마나 오랫동안 잠겨 있었는지를 나타냅니다. 즉, 화석이 함유하고 있는 원소의 양을 분석하여 화석이 땅속에 있었던 시간을 측정할 수 있습니다. 이를 통해 화석의 연대를 결정하는 것입니다.

2. 방사능 연대결정법

방사능 연대결정법은 화석 속에 포함된 방사성 원소가 시간이 지남에 따라 어떻게 변하는지를 기반으로 합니다. 예를 들어, 탄소-14는 시간이 지나면서 질소-14로 변합니다. 이 변화의 정도는 이미 과학적으로 잘 알려져 있기 때문에, 화석 속의 탄소-14와 질소-14의 비율을 측정하여 화석의 연대를 계산할 수 있습니다. 이 방법은 특히 5만 년 이하의 연대를 측정하는 데 유용합니다.

3. 층위학적 연대결정법

층위학적 연대결정법은 화석이 묻혀 있는 지층의 위치를 기반으로 연대를 추정하는 방법입니다. 지층은 일반적으로 아래쪽일수록 오래되고, 위쪽일수록 연대가 짧습니다. 이미 연대가 확실히 알려진 화석과 같은 지층에 있는 화석의 연대를 비교하여 추정할 수 있습니다. 또한, 장소, 기후, 주위 지세, 화석의 상태 등을 고려하여 보다 정확한 연대를 추정합니다.

결론

화석의 연대 측정에는 여러 방법이 사용되며, 각 방법은 특정 상황에서 더 유리할 수 있습니다. 화학적 연대결정법은 화석의 원소 함유량을 분석하고, 방사능 연대결정법은 방사성 원소의 변화를 분석하며, 층위학적 연대결정법은 지층의 위치와 기존 화석을 비교하여 연대를 추정합니다. 이러한 방법들을 통해 과학자들은 화석의 연대를 정확하게 측정할 수 있습니다.

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참고 - 잡학사전 통조림