<선생님도 놀란 과학뒤집기>
- 심화편: 원자, 원소, 물질의 반응, 나노과학 -
- (연계) 기본편: 물질 -
자연계에 존재하는 네 가지 힘
중력, 전자기력, 강력, 양력
중력과 전자기력은 앞서 배웠고
중력 과학 개념,원리,지식 쏙쏙! 초등과학전집추천 과학뒤집기
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전기 자기 과학 개념,원리,지식 쏙쏙! 초등과학전집추천 과학뒤집기
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이번에는 강력과 양력에 대해 배우게 되었어요~
과학뒤집기 시리즈 중 심화편 '원자'는 꼭 읽어 보세요!
강력에 대해 알게 되고,
'약력'이라 표현하지 않았지만 관련 과학 개념,원리,지식을 얻을 수 있답니다.
<과학뒤집기 심화편 37.원자>와 함께
<38. 원소>, <40. 물질의 반응>을
<과학뒤집기 기본편 7.물질>과 함께 읽고,
응용은 <과학뒤집기 심화편 41.나노과학>을 읽게 지도해 보세요~
▲ 과학뒤집기 심화편 38. 원소, 책 19쪽▲
원자는 무엇이고, 원소는 무엇일까요?
원자는 물질을 구성하는 기본 단위인 입자를 말하고,
같은 종류의 원자를 원소라고 말합니다.
원자는 알갱이 하나를 뜻한다면 원소는 알갱이의 종류예요.
▲ 과학뒤집기 심화편 38. 원소, 책 17쪽▲
기원전 6세기 그리스 철학자들은 물질의 기본 요소에 대해 궁금해 했고,
물질을 쪼개고 쪼개면 무엇이 될까 찾았어요.
더 이상 쪼개지지 않는 가장 기본적인 요소를 원자 또는 원소라고 불렀습니다.
부수어지지 않는다의 뜻인 atom,
하지만 원자는 양성자, 중성자, 전자로 쪼개졌고
현재까지 더 작은 입자인 쿼크도 발견된 상태죠!
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 강의▲
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 책 54-55쪽▲
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 강의▲
빛에 자기장과 전기장에 의해 경로가 휘면서 음을 띤다는 사실을 알게 되었고, 이를 전자라고 불렀다고 해요.
이후 다른 과학자에 의해 원자핵의 존재도 밝혀지게 되고
원자 모형에 대한 논의가 끊이지 않았어요.
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 책 39쪽▲
1927년, 하이젠베르크의 '불확정성 원리'도 책에서 읽어볼 수 있답니다~
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 책 40쪽▲
위 그림과 같이
작고 가벼운 전자는 무거운 원자핵 주위에 둥근 모양의 구름 쯤에 존재할 것이라는 확률만 알 수 있다고 하네요.
▲ 과학뒤집기 기본편 7. 물질, 책 92쪽▲
전자가 존재할 법한 곳에서 지나는 궤도를 '전자껍질'이라고 부르고
어느 전자껍질에 있느냐를 표시한 정도를 쉽게 나타내서,
닐스 보어가 그린 원자 모형과 유사한 모형이 현재 학생들이 사용하는 원자모형이예요!
▲ 과학뒤집기 심화편 38. 원소, 책 45쪽▲
보다 입체적으로 표현한다면 위와 같은 그림쯤 되겠네요~
발견된 원자의 종류는 참으로 많습니다. 학생 때 주기율표 꼭 외워야하냐며 아우성치던 시절이 떠오르네요;;
<과학뒤집기 심화편 38. 원소> 46쪽 '주기율표'처럼 큼직하게 보면서 말이예요..
화학식은 좋아했으면서 주기율표 외우기는 끔찍했던..ㅎㅎㅎㅎㅎ
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 강의▲
원자의 종류는 양성자의 수에 의해 결정됩니다.
양성자와 같은 수의 전자를 가지니까 전자의 수이기도 하죠~
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 책 52쪽▲
그러다가 전자의 수가 달라지면 '이온'이 되면서 전기를 띠게 되는 것이죠~
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 강의▲
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 강의▲
양이온과 음이온, 그리고 이온결합에 대해 이해하게 되고
핵으로부터 자유롭고 싶어하는 전자, 자유전자를 가지고 있는 게 '금속'이며
따라서 전류를 흘려보내기 쉽고
덩달아 잘 휘어지고 쉽게 끊어지지 않아 변형이 가능하다는 걸 이해하게 되요!
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 강의▲
금속의 성질을 이해하게 되면서
도체, 부도체, 반도체 차이를 이해하게 되고
이는 곧 과학뒤집기 금속과 신소재 편도 궁금하게 하죠~
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 강의▲
이온결합 외 공유결합이라는 독특한 결합도 존재함을 알게 되고요~
과학뒤집기 심화편 37.원자 강의는 꼭 들어보시길 추천합니다.
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 책 72-74쪽▲
양성자, 중성자, 전자는 '쿼크'라는 또다른 입자로 구성되어 있다는 점을
<과학뒤집기 심화편 37.원자>를 통해
짧고 굵게~ 요점만 간단히 이해할 수 있었어요!
1929년, 전자를 높은 에너지로 가속시켜 수소 원자핵 안에 있는 양성자와 충돌시킨 결과를 통해
쿼크의 존재가 밝혀졌다고 합니다.
소립자 연구로 노벨 물리학상을 거머쥔 과학자들이 누구인지 책에서 만나보세요~
업퀴크, 다운쿼크, 스트레인지쿼크.
탑쿼크, 바텀쿼크, 참쿼크.
두 개의 업쿼크와 하나의 다운쿼크가 모여 양성자를,
한 개의 업쿼크와 두 개의 다운쿼크가 모여 중성자를
이룹니다.
지금은 쿼크들뿐 아니라 다른 소립자들도 많이 발견되고 있다고 해요~
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 책 74-75쪽▲
지난 주에 전자기력을 배웠죠, 거기서 '척력'이 나왔어요. 그러니까 양성자는 같은 극이니 밀어내야 함인데..
왜 붙어있을 수 있는 걸까요???
그 힘이 얼마나 강한지 이름도 '강력'이라고 붙여졌어요.
전기력보다 강한 힘, 강력.
양의 전기끼리 밀어내려는 힘을 이기고
양성자들과 중성자들이 한데 모여 얌전히 원자핵을 이룰 수 있게 합니다.
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 강의▲
세상에 강한 힘이 있으면 반대로 약한 힘도 있는 법일까요?
원자핵이 불안정하여 쪼개지려고 하는 원소가 있습니다.
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 책 125쪽▲
원자는 전자, 양성자, 중성자의 입자 간 서로 균형을 이루고 있어야 함인데
불안정하여 균형을 잃으면, 즉
양성자가 많아져서 밀어내 핵력이 약해지면
안정된 상태로 변하려는 과정, 즉
핵이 쪼개지면서
이 때 방사선이 방출되요.
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 강의▲
입자이자 파동인 방사선에도 종류가 있다는 것이 밝혀지는데,
알파선은 입자, 베타선은 전자 알갱이, 감마선과 엑스선은 전자기 파동,
그리고 중성자선이라는 중성을 띠는 입자선이 있습니다.
엑스선하면 누가 떠오르나요?
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 책 130-133쪽▲
그렇죠! 퀴리부인이죠.
최근 아인슈타인 일생을 보여주는 책 한 권에서 퀴리부인이 남성 과학자들 속에서 얼마나 빛을 냈는지,
심지어 아인슈타인 조차 그녀를 존경하는 눈치여서 놀라움을 금치 못했어요.
수민양도 그와 같은 존경을 받는 여성 과학자가 되었으면 좋겠다는 희망을 품어 봅니다~ ㅎㅎㅎ
한편, 남편을 잘 만난 퀴리부인은 늘 부러움의 대상이예요~ㅋ
아인슈타인과 상대성이론
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▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 강의▲
원자 번호는 같지만 원자핵 속 중성자 개수가 다른 동위 원소는
방사선을 방출하면서 쪼개집니다.
방출된 방사선에 의해 또다시 쪼개지면, 방사선이 나오고 또 쪼개지고 ... 이렇게 쪼개지는 것을 반복하는 연쇄폭발이 일어나면??
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 책 114쪽▲
▲ 과학뒤집기 심화편 40. 물질의 반응, 책 44-45쪽▲
그것이 바로 핵폭탄이죠..
과학뒤집기 심화편 37.원자, 40.물질의 반응 따르면
그렇게 쪼개지면 순식간에 어마어마하게 원자 수가 늘어나게 되고
질량이 사라지게 되면서
빛의 제곱배 만큼의 큰 에너지가 터지는 것이예요.
▲ 과학뒤집기 심화편 41. 나노과학, 책 138-139쪽▲
위에 소개한 아인슈타인 책에서 원자폭탄이 어떻게 하다 개발되었는지, 왜 아인슈타인은 후회했는지 알 수 있으니 읽어보세요~!
관련 내용은 짧게나마 <과학뒤집기 심화편 41.나노과학>에 언급됩니다.
원자와 같은 미시세계가 어떻게 거시세계에 영향을 끼치는지,
나노쪽은 조심해야겠어요!
방사선이 얼마나 해로운지 모르고 건강을 헤친 퀴리부인 일생도 잊지 말아야겠죠.
좋은 면과 무서운 면이 공존하는 동전의 앞뒤와도 같아요..
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 강의▲
쪼개지는 것만 있을까요?
결합하는 것도 있어요, 핵융합!
조건은 높은 온도예요~
높은 압력에 의한 온도를 높이는 이슈만 해결되면 미래 에너지로 활용될 수 있을지도 모른다고 하죠.
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 책 84-87쪽▲
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 책 88-89쪽▲
핵융합은 우주 빅뱅에서 그 재미를 느낄 수 있어요~
그저 빅뱅만 알고 있나요?
no~~
수소 핵융합 반응에 의해 수소 원자들에서 '헬륨' 원자가 만들어졌다는 것도 알아 두세요.
▲ 과학뒤집기 심화편 38. 원소, 책 120쪽▲
그리고 우주에는 수소와 헬륨이 있게 되었고,
헬륨 원자들이 서로 핵융합 반응을 하면서 '탄소' 원자가 만들어 지게 됩니다.
주기율표에 당당하게 수소와 헬륨이 맨꼭대기층에 있죠~ ㅎㅎ
그 아래층에 탄소가 있지요.
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 책 90쪽▲
탄소 원자 다음으로 구리, 우라늄 등
더 큰 원자들이 차례로 만들어 졌다고 하네요~
이러한 원소들은 <과학뒤집기 38. 원소>에서 자세히 읽어볼 수 있어요.
89쪽 헬륨이 가볍고 밀도가 낮아 목소리의 진동수를 바꾸기 때문에 헬륨을 들이마시고 이야기를 하면
원래보다 가늘고 우스꽝스러운 목소리가 나오게 된다든지,
흥미로운 내용들이 많아요~
절대 영하에도 존재하는 헬륨이 우주에 많다는 데에서 추측한 걸까요? 영화 속 외계인은 목소리가 참으로 특이하죠!ㅎㅎ
<과학뒤집기 38. 원소> 120쪽 그림과 122쪽 설명에 따르면, 수소의 핵융합으로 헬륨이 생기고
헬륨 3개가 모여 탄소가 생기고, 이후 헬륨 핵이 계속 추가되면서
산소, 네온, 마그네슘, 규소가 생깁니다.
규소 핵 두개가 융합하여 철이 탄생하게 되죠!
수소와 헬륨이 뭉치면 태양 같은 별이 되고,
다른 무거운 원소들이 뭉치면 지구나 화성 같은 행성이 되는 것이예요~
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 책 95쪽▲
별의 탄생이 있으면 죽음도 있는 법, 별의 일생과 블랙홀에 대해서도
<과학뒤집기 심화편 37. 원자>에서 만나게 됩니다.
별에서 시작해서 원자를 거쳐 다시 별로 왔네요~ ^v^
올해 2019년, 4월에 블랙홀이 공개되었죠!
2019년4월10일 블랙홀 공개 될 때
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해당 연구소 사이트에서 글을 읽다보면 '플라스마'라는 용어가 등장해요.
뭐냐구요?
이 또한 <과학뒤집기 심화편 37. 원자>에서 찾아볼 수 있어요~
▼▽▼
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 책 90-93쪽▲
'플라즈마'는
원자핵과 전자 사이의 빈 공간이 줄어들어 완전한 원자로 있을 때 보다 훨씬 많은 원자핵과 전자들이 모여 있는 상태를 말해요.
태양, 별처럼 밝게 빛나며 타려면 수소와 헬륨 원자가 느슨하게 모여서는 안되고 빽빽하게 모여 엄청난 온도와 압력이 되어야만
핵융합 반응을 일으킬 수 있잖아요.
핵융합 반응이 일어나면 전자들이 중간에 빈 공간을 엄청나게 남긴 채 궤도를 도는 것이 아니라, 빈 공간 사이의 아무데나 있게 되고
이런 상태를 플라즈마라고 해요.
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 강의▲
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 책 103쪽▲
과거의 연금술처럼 금을 만들려는 건 아니지만 현대에는 인공 핵변환을 통해 인공 합성 원소를 만들 수 있다고 합니다.
핵분열의 원리를 응용, 중성자를 건드리는 것이죠.
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 책 104-105쪽▲
입자가속기를 사용한다고 하는데, 한국에도 있다네요, 강의에서 설명해 줍니다.
▲ 과학뒤집기 심화편 37. 원자, 책 143쪽▲
그 외 원자 편에서는 나노 물질, 나노 과학도 언급해 줍니다.
보다 자세한 지식을 얻고자 나노과학 편도 읽게 했어요~
▲ 과학뒤집기 심화편 41. 나노과학, 책 105쪽▲
▲ 과학뒤집기 심화편 41. 나노과학, 책 111쪽▲
<과학뒤집기 심화편 41. 나노과학>도 원자조립에 도전하는 나노 기술과 관련하여
흥미로운 내용이 참 많았어요~
105쪽 양자역학을 이용한 컴퓨터(양자 컴퓨터), 인간의 뇌를 본뜬 컴퓨터(바이오 컴퓨터).
탄소 나노 튜브로 만드는
우주 엘리베이터에 쓰일 케이블(109쪽)과 아이언맨과 같은 나노 섬유, 방탄복(111쪽).
허무맹랑한 소리라구요?
ㅎㅎㅎ
실제 나노 제품에 대한 설명도 나옵니다.
은 나노 입자로 깨끗하게 하는 기술은 은나노세탁기와 공기청정기 등에 쓰이죠~
연잎처럼 발수성을 지닌 나노 코팅 섬유로 지은 옷으로 언제나 깨끗하게!
이런 제품들 갖고 싶네요~ 빨래 좀 줄이게요! ㅋ
12주간 동안 과학뒤집기 덕분에 아이도 저도 알찬 시간을 보냈어요~
호흡 소화 뇌 혈액 인체와질병, 우리 몸 에서 시작해서 혼합물, 혼합물분리, 요리과학 , 유전과 진화 , 로봇 을 만나다가
별 은하 우주 탐사 , 지구 달 , 태양계 , 파동 , 빛 , 중력 , 전기 자기 를 거쳐
이후 연계해서 읽을 책을 이번주 책들 속에서 발견했습니다.
전기도 잘 통하고, 산소와 쉽게 반응하여 산화가 잘 되는 금속과 관련해서
과학뒤집기 심화편 33.금속과 신소재, 9.산화와 환원 입니다.
과학뒤집기 심화편 3.산과 염기, 기본편 17.산과 염기
책과도 비교해서 읽어 보려고요~
지구에서 가장 많은 원소로 '질소'가 있다고 합니다.
과학뒤집기 심화편 38.원소 따르면, 질소는 생명체에 없어서는 안 되는, 단백질과 핵산에 꼭 필요한 원소예요.
공기 속에 있는 질소를 다른 화합물로 바꾸어 식물이 이용할 수 있도록 도와주는 미생물이 필요해요.
일부 식물은 뿌리에 뿌리혹박테리아가 이 일을 담당한다고 합니다.
또는 번개가 치면 질소 화합물이 생기죠. 이 81쪽의 내용은 앞서 전자기력에서 보았죠~
<과학뒤집기 심화편 15.전기와 자기> 84쪽 그림과 85쪽 설명은 아래 블로그 글에서 볼 수 있습니다. ▼▽▼
전기 자기 과학 개념,원리,지식 쏙쏙! 초등과학전집추천 과학뒤집기
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이후 미생물(34), 식물(25), 생물 분류(4), 생태와 환경(42), 진화(2), ... 등 생명과학(43)쪽 읽어 보게 하면 좋을 것 같아요.
그 다음 동물, 지구과학 계열, ...
ㅎㅎ
알차게 읽어 보게 하렵니다!
자연계 4개의 힘(중력, 전자기력, 강력, 양력), 빅뱅, 핵융합반응에 의한 다양한 원자의 생성,
원자가 모여 별이 되고, 그 속에서 식물에 필요한 원소와 사람에게 필요한 원소를 얻게 되면서 생명이 살아가게 되고, ...
이런 흐름으로~~
수민양, 오늘도 과학을 친해집니다!
^_^
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