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[앵커]과학에 대한 모든 궁금증을 풀어주는 ‘궁금한 S’ 시간입니다. 오늘은 장마 영향으로 습도가 높아서 종일 후덥지근한 날씨가 이어지고 있는데요. 이런 날에는 선풍기나 에어컨 같은 냉방기기를 통해 불쾌지수를 낮춰 주곤 합니다.이렇게 우리 일상에서 쉽게 만나볼 수 있는 냉방기기 속에는 어떤 과학원리가 숨겨져 있을지 지금 바로 화면으로 만나보시죠.
[이효종 / 과학 유튜버]안녕하세요! 과학의 모든 궁금증을 해결하는 ‘궁금한 S’의 이효종입니다. ‘궁금한 S’와 함께할 오늘의 이야기 만나볼게요.
가만히 있어도 땀이 나고 기운이 쭉쭉 빠지는 계절, 후덥지근한 여름이 다가왔습니다. 여러분들도 무더운 여름, 잘 보내고 계신가요? 그런데 여러분, 오늘날처럼 에어컨디셔너나 선풍기 같은 냉방 장치를 가지고 있지 않았던 과거에도, 더위를 물리치려는 인류의 노력은 아주 오래전부터 이뤄져 왔다고 합니다.
로마제국에서는 알프스의 눈을 궁정으로 가져와 여름을 시원하게 지냈다고 하고요. 조선 시대에도 얼음을 보관하는 서빙고와 동빙고를 설치해 여름에도 얼음을 맛볼 수 있게 했다고 합니다. 그래서 오늘은 우리를 시원하게 만들어주는 대표적인 가전제품 친구들! 선풍기와 에어컨 속에 담겨있는 재미있는 과학원리를 ‘궁금한 S’와 함께 알아보도록 하겠습니다.
\”정 군은 낮부터 계속된 찜통더위를 피해 보려 네 뼘 크기의 거실 소파에 앉아 선풍기를 틀었습니다. 정 군은 비디오를 보다 잠이 들었고, 그사이 밀폐된 거실에서 선풍기는 쉴새 없이 돌아갔습니다. 2시간 뒤인 6시 반쯤 형이 귀가했을 때 정 군은 이미 숨져있었습니다.\”
한국 사람이라면 누구나 한 번쯤은 들어봤을 법한 이야기입니다. 이 이야기는 일반인들 사이에서 도시 괴담처럼 전해졌지만, 관련 과학지식을 가지고 있는 사람들에게는 터무니없는 이야기로 치부되기도 했어요.
이러한 인식을 개선하기 위해, 물리학자인 임춘택 카이스트 교수는 딸과 직접 선풍기를 틀어놓고 수면을 하는 실험을 진행했습니다. 결과는 어땠을까요? 밤새 바람이 불어도, 선풍기 바람은 사람의 체온을 30도 밑으로 떨어트리지 못했고, 호흡이 불가능할 정도로 바람이 세지 않았기 때문에 이러한 괴담은 결국 미신으로 밝혀졌습니다.
하지만 선풍기 바람을 종일 쐰다면 면역력이 떨어질 수는 있어요. 이는 왜 그런 걸까요?
우리의 몸은 언제나 일정한 온도를 유지하기 위해서 에너지를 사용하고 있어요.
이러한 생명현상의 특성을, 생물학에서는 ‘항상성 유지’라고 이야기합니다. 체온뿐만 아니라, 우리 몸에 필요한 수많은 생명활동 요소들. 이를테면 수분과 무기물, 혈구의 수, 세포 수, 호르몬 등을 생명체가 살아가는 데 필요한 적정 수준으로 유지할 수 있도록 만들어주는 하나의 생체유지 시스템이에요.
이 시스템의 대부분은 ATP라고 불리는, 우리 몸의 각 조직과 기관을 가동할 수 있도록 만들어주는 연료로서 작동하게 되는데요. 이는 모든 생물의 세포 내에 존재하며 에너지 대사에 중요한 역할을 합니다. 우리의 몸을 외부로부터 지켜내는 Immune System : 면역체계 또한 바로 이 항상성 유지의 일종이기 때문에 ATP가 필요하다는 특징을 가지고 있습니다. 그런데 선풍기 바람을 지속해서 쐬게 되면 피부 표면의 공기들이 계속해서 순환하게 되면서 땀을 증발시키는 역할을 하게 됩니다. 땀이 증발하면서 체온을 지속해서 떨어트리면 우리 몸은 ATP를 이용해 체온을 올리려고 일하게 되는데요. 이 때문에 상대적으로 면역체계는 효율이 떨어질 수밖에 없게 되어서 면역력이 약간 저하될 수 있습니다.
…
[YTN 사이언스 기사원문] https://science.ytn.co.kr/program/program_view.php?s_mcd=0082\u0026s_hcd=0022\u0026key=201906281608076908
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아니 이것도 과학?! – 생활 속 숨어있는 ‘신기한 과학원리’
생활 속 과학의 신기한 원리! 어디까지 아시나요~?. 유리창에 젖은 신문지를 붙이면 태풍에도 멀쩡하다? 수박을 …
Source: m.blog.naver.com
Date Published: 9/27/2021
View: 7944
생활 속 과학원리
과학원리: 기체(탄산)는 높은압력과 낮은온도에 잘 녹는다. … 과학원리: 번개속의 전자들은 금속표면을 따라 흐른다. … 물먹는 제품의 원리는?
Source: www.uridul.com
Date Published: 9/8/2022
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“졸음운전 막는 도로”…일상생활 속 ‘과학’의 해부! – 헤럴드경제
가전제품은 종류 불문하고 고도의 과학적 이론에 기반하고 있는 결정체라고 할 수 있기 때문이다. 먼저 전자레인지는 극초단파의 물 분자 진동원리에 기반 …
Source: mbiz.heraldcorp.com
Date Published: 12/27/2022
View: 1599
[생활과학] 집 안에 숨은 과학원리 찾기! HOUSE SCIENCE
우리 실생활과 가까이에 있는 과학원리에는 무엇이 있을까요? 오늘은 집 안 곳곳에 숨어있는 … 일상에서 흔히 사용하는 벽시계나 손목시계에는.
Source: blog.daekyo.com
Date Published: 9/27/2022
View: 9524
[생활속과학] 손목 위의 건강체크, 스마트 기기의 과학적 원리는?
스마트 안경이나 머리에 쓰는 디스플레이와 같은 입는(웨어러블) 전자기기가 다양하게 나왔으나, 현재 대중화된 것은 스마트 워치나 밴드다.
Source: www.news1.kr
Date Published: 6/4/2021
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“졸음운전 막는 도로”…일상생활 속 ‘과학’의 해부! – 네이트뉴스
가전제품은 종류 불문하고 고도의 과학적 이론에 기반하고 있는 결정체라고 할 수 있기 때문이다. 먼저 전자레인지는 극초단파의 물 분자 진동원리에 기반 …
Source: news.nate.com
Date Published: 7/13/2021
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[궁금한 S] 여름철 필수품! 선풍기와 에어컨 속 과학원리
이런 날에는 선풍기나 에어컨 같은 냉방기기를 통해 불쾌지수를 낮춰 주곤 합니다. 이렇게 우리 일상에서 쉽게 만나볼 수 있는 냉방기기 속에는 어떤 과학 …
Source: science.ytn.co.kr
Date Published: 3/21/2022
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주제에 대한 기사 평가 일상 생활 제품 속 과학 원리
- Author: YTN 사이언스
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- Date Published: 2019. 6. 28.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=V3cWB-_-rjE
아니 이것도 과학?! – 생활 속 숨어있는 ‘신기한 과학원리’
모든 물체에는 공명(울림)이라는 요소가 있는데, 공명은 진동에 의한 공명과 소리에 의한 공명이 있습니다. 태풍은 바람에 의한 진동과 소리의 공명이 둘 다 오게 됩니다. 바람에 창문이 흔들리면서 진동이 오게 되고 진동 때문에 소리가 울리게 됩니다. 유리는 고체이지요. 사람들은 보통 고체는 고정되어서 안 움직인다는 생각을 합니다.
그러나 고체도 탄력성(휘어지는 정도)이 있습니다. 그 탄력 정도가 낮을 뿐이지, 대부분 물체는 어느 정도 휘는 성질이 있습니다. 유리도 예외가 아닙니다. 이 탄력성과 공명의 관계는 매우 밀접한데 탄력이 적으면 충격에 약합니다. 공명은 물체의 진동을 유발하므로 탄력이 낮아지면 그 물체는 공명의 힘을 이기지 못해서 파손됩니다. 젖은 신문지는 바로 이 탄력과 공명을 잡아줍니다. 정확히는 젖은 신문지를 붙임으로써 유리창과 밀착되어 진동을 신문지가 일부 흡수한다고 볼 수 있습니다.
어렵게 들리시나요? 쉽게 말해서 유리창에 붙어있는 젖은 신문지가 태풍의 무시무시한 힘을 흡수해서 창이 깨지는 걸 어느정도 막아준다는 사실! 올해 태풍이 온다면 미리미리 젖은 신문지를 붙여서 안전하게 유리창을 보호하세요~!
“졸음운전 막는 도로”…일상생활 속 ‘과학’의 해부!
“졸음운전 막는 도로”…일상생활 속 ‘과학’의 해부!
– 냉장고‧압력밥솥 등 가전제품은 고도의 과학적 이론에 기반한 결정체
– 야간에도 차선이 잘 보이게 하고 졸음운전 막는 도로
인간은 옷을 입거나 밥을 먹고 방문을 여는 등 지극히 일상적인 행동을 할 때조차 과학기술의 혜택을 누리고 있다.[헤럴드경제DB] [헤럴드경제=구본혁 기자] 과학기술의 발전은 인간의 삶을 윤택하게 만들어주는 수 많은 문명의 이기를 탄생시켰다. 각종 가전제품, 자동차, 컴퓨터, 비행기, 휴대폰 등 일일이 셀 수 없이 많다.
하지만 과학기술은 이 같은 문명의 이기 뿐만 아니라 볼펜, 셔츠, 젓가락, 방문 등 우리가 영위하는 일상적인 삶 속에도 숨어있다.
일례로 볼펜은 중력의 원리를 적용해 펜 끝에서 잉크가 나오도록 설계돼 있으며, 스테이플러는 시소 손톱깎이 가위 병따개와 마찬가지로 아르키메데스가 발견한 지레의 원리를 기반으로 한다.
젓가락의 역우 아래쪽으로 갈수록 가늘게 돼 있는데 이는 무게중심을 뒤쪽으로 해 작은 힘으로도 젓가락질을 할 수 있게 해준다. 또 젓가락 끝부분에 줄무늬 모양의 홈을 파 놓은 것은 음식물과의 마찰력을 높여 손쉽게 음식을 집을 수 있도록 하기 위해서다.
이 같은 제품의 개발자를 과학자라고 말하기는 어렵더라도 과학기술의 원리에 대한 이해와 고민이 없었다면 결코 개발되지 못했을 것이다.
일상생활속에는 어떤 과학기술의 원리들이 숨겨져 있고 어떤 이로움을 누리고 있는지 확인해봤다.
▶가전제품속에 녹아있는 과학기술 원리=생활 속에서 만나게 되는 과학기술은 대부분 가전제품이다. 가전제품은 종류 불문하고 고도의 과학적 이론에 기반하고 있는 결정체라고 할 수 있기 때문이다.
먼저 전자레인지는 극초단파의 물 분자 진동원리에 기반하고 있다. 물 분자와 동일한 진동수를 가진 극초단파를 음식물에 조사(照査)하면 음식에 함유된 물 분자가 공명을 일으켜 진동하면서 열이 발생하는 것. 전자레인지가 오븐처럼 직접 열에너지를 가하지 않고도 음식을 데울 수 있는 이유다.
전자레인지 음식 조리 모습.[123RF]
대표적 백색가전 냉장고는 액체를 기체로 기화시킬 때 주변의 열을 흡수하는 열반응에 의해 냉각효과를 얻는다. 특히 기화된 냉매를 다시 액화시켜 재활용하는데, 이때에는 열이 방출되는 발열반응이 나타난다. 냉장고의 뒷면에서 뿜어지는 뜨거운 열기의 근원이 바로 그렇다.
흡열반응을 이용한 또 다른 가전제품으로는 에어컨이 있으며, 선풍기 역시 냉매를 사용하지 않지만 바람을 통해 피부의 땀을 증발시켜 시원함을 준다는 점에서 기본 원리는 같다.
압력밥솥의 경우 고압환경에서는 온도의 상승이 빠르고 물의 끓는점이 높아진다는 과학적 원리에 근거하고 있다. 일반 밥솥과 달리 증기의 배출을 막아 내부압력을 높임으로서 신속한 온도상승을 유도하는 한편 고온에서 쌀을 익히게 하는 것. 압력밥솥이 일반 냄비나 전기밥솥에 비해 속도가 월등히 빠른 이유가 여기에 있다.
이외에도 진공청소기는 팬을 분당 1만회 이상 고속 회전시켜 호스 내부를 진공상태로 만듦으로서 압력 차이에 의해 외부 공기가 빨려들어 오도록 고안됐다.
또한 쌀통은 지구의 중력, 세탁기는 세탁물들의 마찰력을 기본 원리로 삼고 있다.
이뿐만 아니라 주방용품에도 과학기술 원리가 숨어 있다. 프라이팬의 바닥에 있는 원형 주름은 바닥면의 표면적을 넓혀 열전도율을 높이기 위한 조치다. 또한 냄비 프라이팬 주전자 등의 바닥이 원형으로 제작된 이유는 원형이 고른 열전달이 가능하고 효율이 높기 때문이다.
▶야간에도 차선이 잘 보이는 이유=자동차 운전자들에게 직접적으로 도움을 주는 도로 위 차선에서도 과학기술 원리를 찾을 수 있다. 차선의 가장 기본적인 조건은 주야를 가리지 않고 우수한 가시성을 제공하는데 있다. 차선은 어떻게 칠흑같은 야간에도 잘 보이는 것일까. 야광 및 형광페인트를 활용한 것으로 보이지만 사실은 그렇지 않다.
야간 환경에서 차선의 가시성을 제공해 주는 비밀은 글라스 비드라고 불리는 미세한 투명 유리구슬에 있다. 차선을 도색하는 광경을 살펴보면 먼저 도료를 칠한 뒤 그 위에 백색의 가루를 뿌린다. 이 가루가 바로 글라스 비드다. 이렇게 도료 위에 뿌려진 글라스 비드가 자동차 전조등의 빛을 운전자에게 반사함으로서 야간이나 악천후 속에서도 차선을 육안으로 확인할 수 있게 하는 것.
차선 중에는 졸음 운전을 방지하기 위한 경고음을 송출하는 것도 있다. 돌출식 차선이 그 주인공. 주로 도로의 중앙선이나 고속도로의 차선 및 갓길 경계선 등에 적용돼있는데 고속도로에서 차선을 변경할 때 들리는 소음이 이 때문이다.
이 돌출식 차선은 차선을 도색할 때 원형 또는 사각형의 돌출부를 형성하는 방식으로 제작되며 타이어가 차선을 밟게 되면 소음을 발생, 운전자의 주의를 환기시킨다.
또 최근에는 스마트폰만 보며 좀비처럼 걷는 이른바 스마트폰 보행자(스몸비족)이나 시선이 아래를 향해있는 노인이나 전방 주시력이 부족한 어린이들의 교통사고를 줄이는 기술도 적용되고 있다.
일산 백병원 앞 설치된 노면 LED 경보등.[한국건설기술연구원 제공]
기존 횡단보도에 설치된 LED 바닥등이 야간에만 항상 켜져있는 것과 달리 사람과 사물에 대한 판별력이 뛰어난 ‘열화상카메라’가 횡단보도에 접근하는 보행자를 인식하는 순간, 횡단보도 양측면 노면에 매설된 고휘도 ‘LED 바닥경광등’이 작동된다.
이렇듯 과학기술은 첨단제품뿐만 아니라 우리 생활 주변의 사소한 물건 하나하나에도 숨쉬고 있다. 단지 이들이 너무나 평범하고 일상적이기 때문에 그 속에 담긴 과학기술의 가치를 제대로 체감하지 못하고 있을 뿐이다.
[생활과학] 집 안에 숨은 과학원리 찾기! HOUSE SCIENCE
DAEKYO 교육을 말한다 집 안에 숨은 과학원리 찾기! HOUSE SCIENCE 우리 주변을 살펴보면 과학과 연관된 것들이 많이 있는데요. 우리 실생활과 가까이에 있는 과학원리에는 무엇이 있을까요? 오늘은 집 안 곳곳에 숨어있는 재미있는 과학 원리들을 살펴볼께요^0^
대교 교육을 말한다 집 안에 숨은 과학원리 찾기!
정확한 시간을 알려주는 “시계”
늘 우리 옆에서 오차 없는 시간을 알려주는 시계 속에는 “진자 운동”이라는 과학 원리가 숨어있답니다! 진자 운동은
추가 왔다 갔다 하며 일정한 주기로 진동하는 운동을 말하는데요. 일상에서 흔히 사용하는 벽시계나 손목시계에는
진자 역할을 하는 추 대신 ‘탈진기’를 사용합니다. 탈진기에는 스프링이 있는데, 이 스피링이 풀렸다 감겼다 하는
과정을 반복하며 진자처럼 규칙적으로 진동하게 되는거죠!
재미있는 이야기를 들려주는 “텔레비전”
우리가 매일 보는 텔레비전에는 어떤 과학 원리가 숨어져 있을까요? 텔레비전은 방송국에서 녹화한 영상을 전기
신호로 바꿔 전류에 흘려주면, 그것을 다시 받아 영상으로 재생하는 원리로 작동됩니다. 마치 전화기가 음성을
전기 신호로 바꾸는 것과 비슷한 원리이죠. 텔레비전 화면을 가까이에서 보면 빨강, 파랑, 초록색의 작은 점으로
구성되어 있는데요. 물체의 명암과 색은 전기 신호로 바뀐 뒤 전선을 타고 집에 있는 텔레비전 안테나로 흘러들어
옵니다. 그러면 텔레비전은 전기 신호를 다시 빨강, 파랑, 초록 세 가지 색으로 바꾼 뒤, 본래의 영상대로 색깔을
조합해 화면으로 보여준답니다.
빠른 시간에 밥을 만들어주는 “전기압력밥솥”
맛있는 밥을 빠른 시간에 만들도록 해주는 전기압력밥솥의 취사와 보온 기능을 담당하는 것은 내부 바닥에 있는
‘열판’입니다. 쌀과 물을 채운 내솥을 본체에 넣고 취사 버튼을 누르면 열판이 가열되고, 가열된 열판은 뜨거운
열을 내솥으로 전달해 물을 끓여 쌀을 익힙니다. 이 과정에는 ‘열전도’라는 물리현상이 있는데요. 열은 철, 구리
같은 금속에는 잘 전달되지만, 나무나 플라스틱 같은 물질에는 잘 전달되지 않아요. 전기압력밥솥의 경우는
내솥이 스테인리스 스틸이나 알루미늄 등 금속 재질이기 때문에 열이 잘 전달되는 것이죠!
상쾌한 마무리를 도와주는 “비데”
화장실에서 꼭 필요한 비데는 물이 좁은 구멍(관)을 통과해 물줄기가 세게 분사되는 원리로 작동됩니다. 넓은
곳에 있던 물 분자들은 통로가 갑자기 좁아지면 서로 먼저 통과하려고 속력이 빨리지기 때문인데요. 물 분자가
빨리 이동하면 분자 사이의 간격이 넓어져 통로에 부딪치는 확률도 줄어듭니다. 즉, 물 분자가 이동하는 속도가
빨라지면 압력이 줄어드는거죠. 반대로 물 흐름이 느린 곳은 압력이 높답니다. 이런 현상을 ‘베르누이의 정리’
라고 부르는데 화장실의 비데는 베르누이의 원리를 적용한 제품이라고 할 수 있죠!
※ 내일을 여는 엄마 MS.Coach 미즈코치)
* 위 글은 대교 ‘미즈코치’ 4월호에 소개 된 글입니다.
‘미즈코치’는 대교에서 만든 자녀교육 월간지로 엄마들에게 힘이 되는 알토란 같은 정보만을 모은 월간지입니다.
미즈코치 월간지에 소개된 기사 중 일부는 대교닷컴 홈페이지에서 웹진으로 만나 보실 수 있습니다.
* 대교 미즈코치 웹진
http://www.daekyo.com/Membership/MsCoach_View.aspx?BoardId=814
웹진에 소개된 내용 외에도 미즈코치 월간지를 구독하시면 더욱 풍성하고 유익한 정보를 만나실 수 있습니다.
* 미즈코치 정기구독 온라인 신청
http://www.daekyo.com/membership/MsCoach_StandingOrder.aspx
* 전화신청
1588 – 4850
[생활속과학] 손목 위의 건강체크, 스마트 기기의 과학적 원리는?
스마트워치 갤럭시워치4로 체성분을 측정하는 모습 (삼성전자 언팩 영상 갈무리) /뉴스1
애플워치6에 새롭게 탑재된 ‘혈중 산소 포화도 측정’ 기능과 측정을 위한 4개 LED 클러스터. © 뉴스1
스마트 안경이나 머리에 쓰는 디스플레이와 같은 입는(웨어러블) 전자기기가 다양하게 나왔으나, 현재 대중화된 것은 스마트 워치나 밴드다. 스마트 워치와 밴드는 스마트폰의 원격 조종·보조 알람 수신 장치 역할을 하기도 하지만, 주로 부각되는 것은 건강 관리를 위한 데이터 생산기능이다.스마트폰에서 건강 정보를 생산하는 장치의 원리는 크게 전기와 빛으로 나눠볼 수 있다.인체는 전기적으로 보면 복잡한 구성을 지니고 있다. 자체적으로 전기 신호를 생산하기도하고, 피부는 저항이 높아 절연체에 가까운 반면, 수분과 전해질이 풍부한 일부 조직은 전류가 흐르기 좋다.스마트 워치의 심전도 분석(ECG) 분석이나, 체성분 분석은 이러한 인체의 전기적 특성을 이용한다. 주로 이러한 검사는 사지의 전극을 부착해 전기적 변화를 측정하는 방식으로 이뤄진다. 병원의 ECG나 건강 검진용 체성분(체저항) 분석 기기는 흉부나 사지에 전극을 붙여 인체의 전기적 특성을 잰다.스마트 워치는 측정 데이터를 분석하는 동시에 전극 역할도 한다. 하지만 상대적으로 측정 전극의 수가 모자라기 때문에 스마트 워치의 용두(크라운)와 같은 추가 전극에 반대편 손가락을 가져다가 붙여 일종의 ‘회로’를 만들어 인체의 전기적 특성을 잰다.스마트 워치의 경우에는 전극이 작고 수도 적기 때문에, 조금이라도 더 오차를 줄이기 위해 움직임을 최소화하라는 지시문이 나오는 경우가 많고, 측정 결과는 ‘참고용’으로 의료 조치를 취하기 위해서는 전문가의 소견을 별도로 받으라는 주의문이 따라 붙는다.심장은 자체적인 전기 신호를 동방결절에서 만들어낸다. 이 신호가 심방과 심실사이에 있는 방실 결절로 이어지고, 심실 수축이 시작된다. 이 전기 신호 발생이 규칙적으로 일어나지 않거나 너무 느려지면 부정맥 등 질환으로 이어지기도 한다. 이때 미세하게 변화하는 심장의 주기적 전기 활성을 측정하는 방식으로 이뤄진다.체성분 분석은 수분 함량과 성분 차이로 근육과 지방, 체액의 저항이 다르다는 원리를 이용한다. 이 경우 다양한 방식, 경로로 미세 전류를 보내고 측정한 결과를 종합해 신체의 수분, 근육, 지방 등의 구성비율과 분포를 파악한다.한편, 스마트 기기에 쓰이는 맥박 센서에는 녹색광·적색광·적외선 등이 이용된다.센서에 쓰이는 빛(녹색광·적색광·적외선)은 피부 속으로 들어가면서 일부는 반사되고 일부는 혈관에 도달한다. 혈관에 도달한 빛은 핏속의 헤모글로빈에서 색에 따라 흡수·반사된다. 이렇게 헤모글로빈 때문에 달라진 빛을 측정하는 것이다. 이 측정값을 분석하면 혈관이 심장 박동에 따라 부풀었다 줄어드는 것을 알 수 있어 맥박을 측정할 수 있다.혈중 산소포화도 측정도 비슷한 원리를 이용한다. 헤모글로빈이 산소와 많이 결합할수록 피는 선홍빛을 띠고, 헤모글로빈이 산소와 떨어지면 검붉은 색(암홍색)을 뜬다. 이렇게 색이 달라지는 이유는 헤모글로빈과 산소가 결합하면서 빛의 파장에 따라 흡수하는 정도가 다르기 때문이다. 산소포화도 측정기에서는 여러 파장의 빛을 내보내고, 헤모글로빈 흡수율 차이로 달라지는 돌아오는 빛의 특성을 이용한다.최근에는 눈물과 땀을 분석해, 혈당, 호르몬 수준, 혈중 약물 잔류량 등을 분석하기 위한 연구 결과가 속속 발표되고 있다[email protected]
[궁금한 S] 여름철 필수품! 선풍기와 에어컨 속 과학원리
[앵커]과학에 대한 모든 궁금증을 풀어주는 ‘궁금한 S’ 시간입니다. 오늘은 장마 영향으로 습도가 높아서 종일 후덥지근한 날씨가 이어지고 있는데요. 이런 날에는 선풍기나 에어컨 같은 냉방기기를 통해 불쾌지수를 낮춰 주곤 합니다.
이렇게 우리 일상에서 쉽게 만나볼 수 있는 냉방기기 속에는 어떤 과학원리가 숨겨져 있을지 지금 바로 화면으로 만나보시죠.
[이효종 / 과학 유튜버]안녕하세요! 과학의 모든 궁금증을 해결하는 ‘궁금한 S’의 이효종입니다. ‘궁금한 S’와 함께할 오늘의 이야기 만나볼게요.
가만히 있어도 땀이 나고 기운이 쭉쭉 빠지는 계절, 후덥지근한 여름이 다가왔습니다. 여러분들도 무더운 여름, 잘 보내고 계신가요? 그런데 여러분, 오늘날처럼 에어컨디셔너나 선풍기 같은 냉방 장치를 가지고 있지 않았던 과거에도, 더위를 물리치려는 인류의 노력은 아주 오래전부터 이뤄져 왔다고 합니다.
로마제국에서는 알프스의 눈을 궁정으로 가져와 여름을 시원하게 지냈다고 하고요. 조선 시대에도 얼음을 보관하는 서빙고와 동빙고를 설치해 여름에도 얼음을 맛볼 수 있게 했다고 합니다. 그래서 오늘은 우리를 시원하게 만들어주는 대표적인 가전제품 친구들! 선풍기와 에어컨 속에 담겨있는 재미있는 과학원리를 ‘궁금한 S’와 함께 알아보도록 하겠습니다.
“정 군은 낮부터 계속된 찜통더위를 피해 보려 네 뼘 크기의 거실 소파에 앉아 선풍기를 틀었습니다. 정 군은 비디오를 보다 잠이 들었고, 그사이 밀폐된 거실에서 선풍기는 쉴새 없이 돌아갔습니다. 2시간 뒤인 6시 반쯤 형이 귀가했을 때 정 군은 이미 숨져있었습니다.”
한국 사람이라면 누구나 한 번쯤은 들어봤을 법한 이야기입니다. 이 이야기는 일반인들 사이에서 도시 괴담처럼 전해졌지만, 관련 과학지식을 가지고 있는 사람들에게는 터무니없는 이야기로 치부되기도 했어요.
이러한 인식을 개선하기 위해, 물리학자인 임춘택 카이스트 교수는 딸과 직접 선풍기를 틀어놓고 수면을 하는 실험을 진행했습니다. 결과는 어땠을까요? 밤새 바람이 불어도, 선풍기 바람은 사람의 체온을 30도 밑으로 떨어트리지 못했고, 호흡이 불가능할 정도로 바람이 세지 않았기 때문에 이러한 괴담은 결국 미신으로 밝혀졌습니다.
하지만 선풍기 바람을 종일 쐰다면 면역력이 떨어질 수는 있어요. 이는 왜 그런 걸까요?
우리의 몸은 언제나 일정한 온도를 유지하기 위해서 에너지를 사용하고 있어요.
이러한 생명현상의 특성을, 생물학에서는 ‘항상성 유지’라고 이야기합니다. 체온뿐만 아니라, 우리 몸에 필요한 수많은 생명활동 요소들. 이를테면 수분과 무기물, 혈구의 수, 세포 수, 호르몬 등을 생명체가 살아가는 데 필요한 적정 수준으로 유지할 수 있도록 만들어주는 하나의 생체유지 시스템이에요.
이 시스템의 대부분은 ATP라고 불리는, 우리 몸의 각 조직과 기관을 가동할 수 있도록 만들어주는 연료로서 작동하게 되는데요. 이는 모든 생물의 세포 내에 존재하며 에너지 대사에 중요한 역할을 합니다. 우리의 몸을 외부로부터 지켜내는 Immune System : 면역체계 또한 바로 이 항상성 유지의 일종이기 때문에 ATP가 필요하다는 특징을 가지고 있습니다. 그런데 선풍기 바람을 지속해서 쐬게 되면 피부 표면의 공기들이 계속해서 순환하게 되면서 땀을 증발시키는 역할을 하게 됩니다. 땀이 증발하면서 체온을 지속해서 떨어트리면 우리 몸은 ATP를 이용해 체온을 올리려고 일하게 되는데요. 이 때문에 상대적으로 면역체계는 효율이 떨어질 수밖에 없게 되어서 면역력이 약간 저하될 수 있습니다.
그러니까 선풍기 바람은 적당히 사용하는 것이 좋겠죠?
다음으로, 선풍기보다 훨씬 더 청정하고 시원한 바람을 제공하는 가전제품! 에어컨은 어떤 방식으로 작동하는 것일까요?
에어컨마다 디테일한 부분은 다르지만, 기본적으로 크게 4가지 구조를 가지고 있습니다. 구조를 순서대로 배열해보면, 차가운 기체상태의 냉매를 강한 압력으로 압축시키는 부분인 Compressor, 압축기와 압축되면서 뜨거워진 기체 냉매를 외부의 공기와 접촉해 액체 상태로 만들어주는 Condenser, 응축기, 응축된 액체 상태의 냉매를 급팽창시키는 부분인 팽창 밸브와 팽창된 액체 냉매가 기화하면서 주변의 열을 빼앗아 차갑게 만들어주는 Evaporator, 증발기가 있습니다.
먼저 압축기입니다. 증발기에서 제 역할을 다하고 들어온 기화된 냉매는 압축기에서 전기에너지에 의해 꾹꾹 눌러 담기게 됩니다.
이러한 과정에서 기체의 에너지는 점점 증가하게 되며 자연스럽게 온도와 압력이 증가하게 되죠. 온도와 압력이 오를 대로 오른 기체 냉매를, 압축기는 응축기 쪽으로 방출하게 되며 이때 냉매는 뜨거워진 자신의 열기를 외부의 공기에 전달해주면서 자연스럽게 액화되게 됩니다.
응축기에서 액화가 일어난, 열을 방출한 냉매는 쉴 틈도 없이 팽창 밸브로 향하게 되는데요. 이곳에서는 외부로부터 공급된 전기에너지를 이용해 응축된 냉매를 모세관을 통해 빠르게 방출시키게 됩니다. 이렇게 되면 움직이는 유체를 설명하는 법칙인 ‘베르누이의 법칙’에 의해서 유체의 압력이 매우 낮아지게 되며 이렇게 압력이 낮아진 냉매는 주변의 열을 쉽게 빼앗아 갈 수 있는 상태가 됩니다. 이러한 상태의 냉매가 외부의 열을 빠르게 흡수하여 기화하는 일이 증발기에서 일어나게 되고, 동시에 증발기 근처의 공기 온도를 떨어트리게 되면서 실내의 온도를 낮추는 것이 에어컨의 냉방의 원리입니다.
이러한 냉방이 진행되는 과정에서 실내에서 마구 돌아다니는 습기, 물 분자는 에어컨 내부의 증발기에서 응결되어 물로 변하게 되고 이 물이 배관을 타고 외부로 방출되는 것이 에어컨의 제습 원리가 되는 것입니다.
정리하자면 에어컨의 작동 원리는 냉매가 ‘기체 → 액체 → 기체’로 변하는 과정인 셈이죠.
에어컨은 쾌적한 환경을 만든다는 목적 외에도 국제우주정거장이나 고고도 비행체의 기내 대기 상태 유지 등에도 필수적으로 사용되고 있습니다. 하지만 모든 기술이 그러하듯 에어컨 역시 긍정적인 면과 부정적인 면을 동시에 지니고 있습니다.
에어컨의 냉매로 사용되는 성분이 강력한 온실가스가 되어 지구 온난화를 일으킬 수 있다는 점과 도심 속 에어컨의 무분별한 과잉 사용이 열섬 현상을 가속화할 수 있다는 점이 바로 그것들이지요. 이러한 부정적인 효과를 줄이기 위해서라도, 실내 적정온도를 유지해 에너지 과소비를 줄이는 것! 꼭 기억하고 실천하시길 바랄게요.
오늘은 선풍기와 에어컨 속에 담겨있는 과학 원리에 대해 알아봤습니다. 한껏 다가온 무더운 여름! 여러분들도 선풍기와 에어컨으로 시원한 여름 보내시길 바랄게요! 그럼 궁금한 s도 이만 인사드릴게요~
과학에 대한 궁금증이 있다면 언제든 YTN 사이언스 유튜브에 글을 남겨주세요. 이상 ‘궁금한 S’였습니다!
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키워드에 대한 정보 일상 생활 제품 속 과학 원리
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