파력 발전의 방식
파랑의 운동에너지를 1차 변환하는 방식에 따라 여러 가지로 분류할 수 있으나, 중요한 것으로는 수면에 떠 있는 부체가 파랑의 운동에 의하여 상하, 또는 회전 운동을 하도록 하여 발전기를 회전시키는 가동물체형 방식과, 파랑의 작용에 의하여 공기실내의 수위가 변동함으로써 공기실내의 공기가 압축, 팽창될 때 노즐을 통해 발생하는 공기 흐름으로 터빈을 돌려 발전하는 진동수주 방식이 있다.
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파력 발전
바닷가에 가면 파도가 쉴 사이 없이 육지 쪽으로 밀려온다. 파도 때문에 수면은 주기적으로 상하운동을 하며 물입자는 전후로 움직인다. 이 운동을 에너지 변환장치를 이용하여 기계적인 회전운동, 또는 축방향 운동으로 변환시킨 후 전기에너지로 변환시키는 것을 파력 발전이라고 한다. 파도가 지닌 에너지는 막대한 것이지만, 파도 자체가 불안정하고 발전 단가가 비싸게 들기 때문에 대규모의 것은 실용화하지 못하고 있는 상태에 있다. 또, 수렴식 방파제를 이용한 발전이 있는데, 바다로부터 방파제를 향해 밀려온 파도는 방파제의 외측 경사면을 따라 방파제 외부벽 높이까지 올라온다. 이렇게 높이 올라온 바닷물과 방파제 내부 해수면 사이의 낙차를 이용하면 전력도 만들 수 있고 항구나 어장의 소파(消波:파도의 운동에너지를 흡수)도 겸할 수 있다. 파도의 에너지는 파도의 제곱에 비례한다. 길이가 80m, 폭이 15m, 내부에 10여 대의 발전기를 장치한 소파 발전 장치는 최대 5만 kw의 출력을 낸다.
파력에너지
발전장치를 바다에 띄우는 방식과 연안에 설치하는 방식이 있다. 해안선에 도달하는 파력의 크기는 해안선 길이나 파력에 대한 계산방법에 따라 다르지만, 1m당 6∼10㎾로 계산하면 세계 바다의 총파력은 40페타와트(1PW10㎾)로 추정되지만 파력에너지 전체가 전력으로 유용되지는 못한다. 1965년부터 실용화되고 있는 항로표지용 부표전원장치는, 부표에 수직으로 관을 설치하고 해면의 상하운동으로 관내 공기를 압축하여 터빈을 돌려 발전한다. 출력은 10㎾ 정도이고. 해안설치방식에는 고정식 공기터빈과 환초를 이용하는 댐 등이 있다. 하지만 파도가 지닌 에너지는 막대한 것이지만, 파도 자체가 불안정하고 발전 단가가 비싸게 들기 때문에 대규모의 것은 아직 실용화되지 못하고 있다.
마이크로파의 정의
초단파보다 주파수가 높다. 일반적으로 300~3,000MHz의 UHF(ultrahigh frequency:데시미터파 또는 극초단파라고도 한다), 3~300GHz의 SHF(superhigh frequency:센티미터파라고도 한다)인 것을 말하는 경우가 많다. 불꽃방전을 이용하면 거의 모든 파장의 마이크로파를 발생시킬 수 있으나, 출력이 약하고 불안정하며, 보통의 전자관(電子管)은 전자의 운동속도가 비교적 느려서 1주기의 시간이 극히 짧은 마이크로파 발생에는 적당하지 않다. 따라서 마이크로파를 발생시키려면 특별한 전자관·클라이스트론·마그네트론·메이저 등을 쓰며, 그 전송(傳送)에는 주로 입체회로를 쓰는데, 전자나팔·파라볼라안테나에서 날카로운 지향성을 가지게 하여 방출된다. 파장이 짧으므로 직진성·반사·굴절·간섭 등의 성질은 빛과 거의 비슷하다. 이 성질을 이용하여 마치 탐조등을 비추듯이 한 방향으로 집중된 마이크로파의 빔을 발산하여 항공기나 선박 등의 위치를 알아내는 장치가 레이더이다. 또, 마이크로파는 주파수가 높으므로 많은 양의 정보를 보낼 수 있어서 다중통신이나 텔레비전방송 중계에 이용된다. 한편, 살균력이 강하며 식물이나 물에 잘 흡수되어 열을 발생하는데, 이 성질을 이용해서 만든 조리기구가 전자레인지이다. 또, 저주파나 빛에서는 볼 수 없는 물리효과가 강하게 나타나므로 물질의 성질 연구용으로도 사용되고 있다. 예를 들면 마이크로파를 이용하는 전파분광학에서는 전파의 주파수를 아주 정밀히 측정할 수 있으므로 빛의 분광학에 비해 높은 분해능(分解能)을 얻을 수 있다. 이 밖에 원자시계는 원자가 흡수 또는 방출하는 마이크로파의 주파수가 항상 일정하다는 성질을 이용한 것이며, 원자핵 연구에 쓰이는 선형가속기(線型加速器)는 특수한 도파관(導波管) 속의 강력한 마이크로파 전기장이 전자를 가속하여 고에너지의 전자로 만드는 장치이다. 이 밖에 태양 등 천체로부터의 전파를 연구하는 전파천문학에서 마이크로파가 주요 영역으로 되어 있다.
겟벌에서 생명의 다양성
갯벌은 해양생태계 먹이사슬의 시작점으로 60% 이상의 해양생물이 갯벌에서 산란하고 또 어린 시절을 보낸다. 즉 갯벌은 해양생태계 먹이사슬의 시작점인 것이다. 우리나라 서해안과 남해안의 갯벌과 그 주변생태계에 서식하는 어류는 200여종, 갑각류가 250여종, 연체동물이 200여종, 갯지렁이류가 200종 이상이 된다. 이밖에도 갯벌은 여러 동물군에 속하는 수많은 해양무척추동물들, 미생물, 200종류 이상의 미세조류(diatoms)에게 서식지를 제공하고 있다. 그리고 100종이 넘는 바다새들과 50종에 가까운 현화식물들이 갯벌과 연계된 생태계에 의존하며 살아간다. 갯벌은 퇴적물의 성분에 따라 갯벌의 모습이 달라지는데, 갯벌의 유형에 따라 살고 있는 생물의 종류도 다르다. 진흙성분 함량이 비교적 높은 펄갯벌에는 갑각류나 조개류보다는 퇴적물을 직접 먹는 갯지렁이류가 우점하고 모래펄갯벌에는 갑각류, 조개류가 우점한다. 또한 갯벌의 형태에 따라 주변의 염습지나 해안의 모습도 달라지게 되는데, 해변갯벌인 경우 칠면초, 해홍나물, 퉁퉁마디, 갯개미취와 같은 염생식물이 많으며, 하구역 갯벌인 경우에는 갈대가 많으나 칠면초, 해홍나물, 퉁퉁마디 등 해변갯벌에서 자라는 염생식물과 같이 자라는 경우도 많다. 또한 바다새의 서식처이기도 하다. 우리나라 연안습지에서 서식이 확인되거나 관찰된 바다새는 120여종에 이른다
겟벌
갯벌이란? 경사가 완만한 서해안은 조석간만의 차가 커서 썰물 때는 드넓은 벌판이 펼쳐진다. 이처럼 썰물 때 드러나는 넓고 편평한 벌판을 갯벌이라 하는데 이곳은 육상과 해양이라는 두 개의 생태계가 접하는 곳으로 두 생태계의 완충작용뿐만 아니라 연안생태계의 모태로서의 역할을 맡고 있다. 어느 바닷가에나 갯벌이 있는 것은 아니다. 강이나 하천이 바다로 흐르면서 육지로부터 끊임없이 퇴적물을 날라다 주어야하고, 경사가 완만하여 퇴적물이 가라앉아 뻘이 형성될 수 있는 여건이 되어야 한다. 그리고 조석간만의 차가 커서 퇴적층 형성에 도움이 되어야 한다. 우리 나라 서·남해안은 이런 형성 조건들을 잘 갖춘 해안이다. 갯벌을 ‘하구역 갯벌’과 ‘해변 갯벌’로 나눌 수 있는데, 대형 갯벌은 모두 ‘하구역 갯벌’이고, 세계적으로 유명한 갯벌 또한 모두 강 하구에 형성되어 있다.
산성비가 미치는 영향
인체에 미치는 영향 산성비로 인한 인체에의 피해는 눈과 피부에 질환을 주거나 중금속 용해 증가로 식수 및 식품원료 중금속 축적 등을 초래하게 되는데 1974년 pH 3-4의 강우로 일본의 동경 등 6개 지역에서 32,546명의 피해자가 보고되었고, 1981년에는 伊勢崎市에서 pH 2.86의 비로 여러명의 피부질환자가 보고되었다. 또한 최근 보도에 따르면 스웨덴에서 국민학생의 갈색머리가 초록색으로 변한 원인이 조사결과 산성비에 의한 구리가 녹아든 음료수를 마셨기 때문이라고 밝혀졌다. 건축물에 미치는 영향 건축물과 조각물들 특히 대리석이나 석회석으로 구성된 건축물들은 인위적인 요소가 포함되지 않은 비, 바람 및 태양광선과 같은 자연 기상요인에 의해서도 부식되지만 산성물질이 포함될 경우 그 피해가 더욱 가속화 된다. 1856년 R. A. Smith는 `석탄을 사용하는 대도시의 건물 벽돌이 보다 쉽게 부식되는데 이는 지속적인 산성비의 결과이다`라고 하였다. 또한 1985년 카나다의 총 건축비는 GNP의 14%에 해당하는 610억 C$이었으며, 이중 110억 달러가 건축물의 수리 및 유지를 위한 비용이었다고 하였다. 그리고 OECD는 대기오염이 OECD 국가들의 건축물에 미치는 피해는 연간 35억 US$로 추정하였다.
공명현상이란
공명은 특정 진동수(주파수)에서 큰 진폭으로 진동하는 현상을 말한다. 이때의 특정 진동수를 공명 진동수라고 하며, 공명 진동수에서는 작은 힘의 작용에도 큰 진폭 및 에너지를 전달할 수 있게 된다. 모든 물체는 각각의 고유한 진동수를 가지고 진동하며 이 때 물체의 진동수를 고유 진동수라고 한다. 물체는 여러 개의 고유 진동수를 가질 수 있으며 고유 진동수와 같은 진동수의 외력이 주기적으로 전달되어 진폭이 크게 증가하는 현상을 공명현상이라고 한다. 이때의 진동수는 공명 진동수가 된다. 진동은 역학계, 음향계, 광학계 등 많은 종류의 진동계에서 나타날 수 있으며, 이 중 전기·공학적 진동계에서의 공명을 공진(共振)이라고도 한다. 공명의 조건에서 진동체가 서로 연결되어 있는 경우에는 에너지의 교환이 쉽게 이루어진다.
분리의 법칙(分離-法則)
생물의 유전현상을 설명한 멘델법칙의 하나. 잡종 교배 결과 나타난 유전형질이 그 자가 수정으로 다음 대(代)에 나누어져서 나타난다는 법칙이다. 쌍이 되는 한 쌍의 형질을 나타내는 유전자 A(우성)와 a(열성)에 있어서 A 유전자를 가진 개체 AA와 a 유전자를 가진 개체 aa와의 교배(AA×aa) 결과 잡종 제1대 F1은 Aa이다. F1에서는 A와 a가 섞여 있는데 A는 a의 우성이므로 A가 표면에 나타난다. 그러나 Aa의 배우자는 A와 a이며 그 자가수정으로 F2에는 AA, Aa, aa가 l:2:1 의 비율로 나타난다. 즉, 우성형질이 표면에 나타나는 AA와 Aa, 열성형질을 표면에 나타내는 aa가 F2에서는 분리되어 3:1 로 나타나게 된다. 분리의 법칙은 다른 두 법칙과 함께 1865년 G.J.멘델이 그 내용을 발견하였고, 1900년 H.드 브리스, C.E.코렌스, E.체르마크가 재발견한 후 지금의 이름이 붙여지게 되었다.
우열의 법칙(優劣-法則)
멘델의 유전법칙의 하나. 우성(優性)의 법칙, 지배의 법칙이라고도 한다. 쌍이 되는 유전형질 중, 잡종 제1대(F1)에서는 우성형질만 표면에 나타나는 현상을 말한다. 예를 들면, 1쌍의 유전형질에 대한 1쌍의 유전자를 A-a라고 하고, A를 우성, a를 열성이라 하자. AA×aa 교배에서 F1은 Aa이지만 A에 대한 형질이 표면에 나타나고, a에 대한 형질은 표면에 나타나지 않는다. 그 결과 양친의 중간형보다는 한 쪽을 더 많이 닮은 경우를 흔히 볼 수 있다.
분리의 법칙 - 멘델 유전 제 2법칙
우성과 열성의 순종을 교배해 우성 형질만 나타나는 잡종 제 1세대를 자가 교배 하였을 때 우성과 열성 형질이 나뉘어 나타난다는 법칙으로, 이는 멘델이 두 번째로 발견한 법칙이다. 이는 우열의 법칙을 발견한 후에 확인이 가능한데, 잡종 제 1세대를 자가 교배 시키면 주름진 완두콩이 나오게 된다. 이 때 동그란 완두콩과 주름진 완두콩의 표현형 비율은 3:1이 된다. 또한, 동그란 완두콩의 형질을 나타내는 우성 유전자를 W, 주름진 완두콩의 형질을 나타내는 열성 유전자를 w이라고 했을 때, 잡종 제 1세대를 자가 교배하면 유전자형 WW, Ww, ww은 1:2:1의 비율을 가진다.
우열의 법칙 - 멘델 유전 제 1법칙
서로 대립하는 형질인 우성 형질과 열성 형질이 있을 때 우성 형질만이 드러난다는 법칙으로, 멘델이 완두콩 실험을 통해 가장 먼저 발견한 법칙이다. 이는 순종의 교배를 통해서 확인할 수 있는데, 동그란 완두콩과 주름진 완두콩을 오랜 시간 동안 자기들끼리 교배를 시켜서 얻은 각각의 순종을 가지고 서로 교배시켜 나오는 잡종 제1세대는 모두 동그란 완두콩이 된다. 이는 동그란 완두콩이 우성 형질이며, 주름진 완두콩이 열성형질이라는 것을 증명한다. 여기서 중요한 것은 우성과 열성 중, 어느 쪽 형질이 우월하거나 열등하다는 뜻이 아니라 우성은 주도적으로 드러난다는 의미이며 열성은 잘 드러나지 않는다는 것을 의미한다.
Nano구조의 특성
(1) 광학적 특성 나노영역에서는 크기에 따라 색깔이 변한다. 금(Au)일반적으로는 황금색을 띄지만 20nm이하가 되면 빨간색으로 변하게 되며, 그 크기가 조금만 변하여도 색깔이 변한다. (2)화학적 특성 모든 물질은 큰 덩어리에서 작은 덩어리로 쪼개짐에 따라 물질 전체의 표면적이 급격히 커져 나노물질은 독특한 특성을 갖게 된다. (3) 전자기적 특성 전자적인 성질을 띄는 반도체, 자성금속, 나노입자들은 크기가 작아지면서 일반적으로 10~100nm 정도에서 자기적인 성질이 최대가 되고 자기적인 성질이 극대화된다. 동시에 크기가 매우 작고 균일한 크기의 구 형태 자성금속 나노입자를 합성들의 규칙적인 배열을 통해 이 입자 하나하나를 각각 한 개의 비트로 사용 가능하다. 자성 입자는 크기가 수 nm로 주로 코발트나 코발트와 백금의 합금형태로 이루어지고 있다.
나노기술의 등장
나노과학이 처음으로 언급된 것은 1959년, 미국 캘리포니아 공대 대학원 물리학회 연례모임에서, 노벨 물리학상 수상자인 리처드 파인먼(Richard Feynman)에 의해서라고 한다. 당시 강연회에서 “미래에는 핀의 끝 부분에 사전 전체를 저장할 수 있는 원자나 분자단위의 물질이나 소자를 만들 수 있을 것” 이라며 나노기술 분야의 급격한 발전을 예고했지만, 당시에는 공상과학에 불과하다고 생각되었었다. 하지만 그 후, 1983년 스위스에서 주사터널링 현미경이 개발되면서 나노 기술은 더 이상 공상과학에 그치지 않고, 점차 현실로 다가오기 시작했다. 주사터널링 현미경을 비롯해 원자력 반발 현미경(AFM), 근접장 투과 현미경(SNOM)이 개발되면서, 나노구조나 단일분자의 특성을 관찰하고 실현할 수 있게 되어, 나노기술발전에 커다란 영향을 미치게 되었다. 나노기술이란 용어는 처음에 1986년 K. Eric Erexler가 “The Engines of Creation”이라는 그의 저서에서 나노기술이라는 용어를 사용하였으며, 이후 대중적으로 사용되기 시작했다. 1985년 탄소원자 60개로 구성된 최초의 나노소재가 발명되었으며 1991년에는 탄소나노튜브가 발명되었다.
카본 나노튜브(Carbon Nanotubes)의 발견
1985년에 Kroto와 Smalley가 탄소의 동소체의 하나인 Fullerene(C60)을 처음으로 발견한 이후, 1991년 이 새로운 물질을 연구하던 Iijima 박사가 전기방전법을 사용하여 흑연 음극상에 형성시킨 탄소덩어리를 TEM으로 분석하는 과정에서 가늘고 긴 대롱 모양의 탄소나노튜브를 발견하였다. 탄소나노튜브에서 하나의 탄소원자는 3개의 다른 탄소원자와 sp2결합의 육각형 벌집무늬를 이루며, 이 튜브의 직경이 대략 수 나노미터정도로 극히 작기 때문에 나노튜브라고 부르게 되었다. 1993년에는 IBM의 Bethune등과 Iijima등이 전기방전법을 사용하여 단중벽 나노튜브를, 1996년 Smalley등은 레이저증착법으로 다발형 나노튜브를 합성했다.
