절대 사라지지도 생겨나지도 않는 에너지 운동장 위를 빠르게 굴러가는 공은 점점 속도를 줄이다가 결국 멈춘다. 스마트폰과 손전등의 배터리는 시간이 지나면 다 소모되어 꺼져버린다. 활활 불타던 캠프파이어의 장작불도 식어서 재만 남는다. 기름이 떨어진 자동차도 그렇고 배고픈 인간의 활동도 마찬가지이다.
메이크업의 포인트는 무엇일까?
이런 현상을 보면 운동에너지이든 전기에너지이든 화학에너지이든 에너지는 사라지는 것으로 보인다.
그러나 에너지란 조금도 소멸되지 않고 더 생겨나지도 않는다는 것이 우주의 으뜸가는 물리법칙이다.
우주와 만물을 움직이게 하는 가장 근본적인 힘인 에너지를 연구하던 과학자들은 엄청난 자연의 법칙을 발견했다.
“고립된 계(界) 속의 에너지는 절대 없어지지도 않고 새로 생겨나지도 않는다.
다만 다른 형태의 에너지로 바뀌거나 이동할 뿐, 그 총량은 그대로 보존한다.” ( '고립된 계'는 에너지와 물질이 외부와 교환이 일어나지 않는 이상적인 물리적 공간을 의미한다.
)
이것은 에너지가 무(無)에서 창조될 수 없다는 것을 나타내는 근본적인 ’에너지 보존의 법칙’(The Law of Energy Conservation), 일명 ‘에너지 불멸의 법칙’이다.
질문 1. 우주 전체의 에너지는 빅뱅으로 우주가 처음 탄생한 당시와 동일한가?
메이크업의 배경은 무엇일까?
이 의문에 대한 답은 단순하지 않다. 에너지 보존의 법칙은 특정한 조건에서만 성립하며, 우주 전체라는 거대한 스케일에는 그대로 적용되지 않는 면이 있다.
에너지 형태의 종류 에너지는 다양한 모습으로 나타난다. 과학자들은 에너지의 형태에 따라 여러 이름을 붙이고 있다.
태양에서 오는 열에너지와 빛에너지는 식물로 하여금 광합성을 하여 온갖 물질을 합성하고 생장하도록 한다. 책상 위에 놓인 책은 아무런 에너지가 없다고 생각된다.
그러나 마루에 떨어지는 책은 쿵 소리가 나게 하고, 마루를 조금이나마 진동하게 한다.
정지해 있던 책이지만 지구가 당기는 중력에너지(위치에너지)를 가지고 있고, 떨어지는 책이 가진 위치에너지는 운동에너지로, 그 운동에너지는 다시 소리에너지와 진동에너지로 변화된 것이다.
종이를 불태우면 열과 빛 에너지를 내면서 연소한다. 이것은 광합성으로 만들어진 종이가 태양으로부터 받은 열과 빛에너지를 저장하고 있기 때문이다.
인체의 체온은 영양분이 가진 화학에너지가 열에너지로 변한 것이다. 이처럼 모든 에너지는 형태를 바꾸고 있을 뿐 사라지지는 않는다.
이 대목에서 확인할 내용은 무엇일까?
화산 폭발, 지진, 대륙의 이동은 지구 내부의 에너지가 이동하는 현상이고, 비바람, 번개, 태풍과 같은 기상현상은 태양에너지에 의해 발생한다. 질문 2.
자주 경험하는 에너지의 종류는?
에너지는 잠재에너지(위치에너지 potential)와 운동에너지(kinetic energy) 그리고 이 두 가지가 혼합된 에너지로 분류하며, 구체적인 분류에는 아래와 같은 종류가 있다.
화학에너지, 양자색역학에너지(chromodynamic energy), 탄성에너지, 전기에너지, 중력에너지, 이온화에너지, 자기에너지, 기계에너지, 기계파에너지, 핵에너지, 방사에너지, 정지에너지, 회전운동에너지, 음파에너지, 열에너지, 생체에너지, 음식에너지 등 번개의 전기에너지는 순간적으로 빛, 소리, 열에너지로 변한다.
질문 3. 핵융합에너지(핵에너지)는 왜 발생하나? 태양에서 오는 빛과 열 에너지의 변화를 생각해보자. 태양에서는 핵융합반응이 일어난다.
핵융합반응은 2개의 수소 원자가 서로 결합하여 보다 큰 하나의 헬륨 원자를 만들 때 나오는 에너지이다. 이때 발생하는 에너지는 원자의 핵이 가지고 있다.
이어지는 이야기에는 무엇이 담겼을까?
원자를 구성하는 중심의 핵은 이웃의 원자와 결합하는 엄청나게 큰 에너지를 가지고 있다.
예를 들어 수소 원자 2개가 1개의 헬륨 원자로 변할 때는(핵융합 반응) 핵이 가지고 있던 그 에너지(핵에너지)가 열과 빛에너지로 변하게 된다.
태양(별)은 엄청난 양의 수소로 이루어져 있다.
태양의 모든 수소가 현재 상태로 핵융합을 하여 전체 수소가 헬륨으로 바뀌려면 수십억 년이 걸린다.
핵에너지는 워낙 크기 때문에 소량의 수소를 핵융합시켜도 거대한 도시 하나에 전력을 충분하게 공급할 수 있다.
질문 4 : 에너지라는 말의 뜻과 처음 사용한 과학자 Energy라는 말은 고대 그리스어로 ‘활동’이라는 뜻이며, 이 용어를 처음 사용한 과학자는 영국의 물리학자 영(Thomas Young 1773-1829)이었다.
그리고 에너지 보존의 법칙은 장기간에 걸쳐 여러 뛰어난 과학자들에 의해 완성되었다.
이 말을 처음 제안한 사람은 뉴턴의 저서 < Principia Mathematica >를 번역하던 프랑스의 여성 물리학자 에일리 뒤샤틀레(1706-1749)였다.
아인슈타인의 유명한 공식 E = mc2은 질량과 에너지 사이의 관계를 나타내며, 질량이 에너지로 변하는 원자폭탄의 에너지를 설명한다.
제품 기능에서 확인할 내용은?
에너지에 대한 틀린 말들 시계나 스마트폰의 에너지가 다 소모되면 사람들은 ‘배터리가 죽었다’는 말을 한다.
그러나 배터리의 에너지는 전기에너지와 열에너지로 변했을 뿐 사라지지 않았다. 오늘날 언론에서는 ‘재생에너지’라는 말을 많이 사용한다.
뉴스 속의 재생에너지는 태양발전, 풍력발전, 지열발전, 수력발전처럼 화석연료를 공급하지 않고 자연이 가진 힘을 이용하여 영구적으로 전기를 생산할 수 있는 에너지를 의미하고 있다.
그러나 에너지 보존의 법칙에 따라 엄밀히 말하면 재생되는 에너지란 존재하지 않는다. 재생에너지라 하기 보다 그린에너지나 클린에너지라 표현하는 것이 적절하다고 한다.
인류가 그린에너지를 충분히 얻을 수 있게 되면 공해라든가 지구온난화 같은 재앙을 피할 수 있을 것이다. - YS
- 이런 현상을 보면 운동에너지이든 전기에너지이든 화학에너지이든 에너지는 사라지는 것으로 보인다.
- 이 의문에 대한 답은 단순하지 않다.
- 화산 폭발, 지진, 대륙의 이동은 지구 내부의 에너지가 이동하는 현상이고, 비바람, 번개, 태풍과 같은 기상현상은 태양에너지에 의해 발생한다.
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