2018 소방간부 자연과학개론(16번 ~ 20번)

16. 다음 중에서 자연계에 존재하는 네 가지 기본적인 힘이 아닌 것은?

 

① 중력 ② 전자기력 ③ 관성력 ④ 강력(강한 상호 작용) ⑤ 약력(약한 상호 작용)

 

답: 3번 

 

풀이 

 

< 자연계 4가지 힘 >

• 강력의 크기를 1로보면

• 전자기력은 1000분의 1
• 약력은 100000분의 1
• 중력은 100000000000000000000000000000000000000000000분의 1 : 10의 -44승

 

1. 중력

뉴턴의 만유인력으로 잘 알려져 있는 중력은 우리가 일상생활 속에서 가장 쉽게 느낄 수 있죠? 거시세계를 구성하는 중력은 물체를 서로 잡아 당겨 인력으로 작용할 뿐만 아니라 시공간을 변형시킬 수도 있는데요. 우주에서 별과 행성 간에 작용하여 천체 궤도를 형성하고 은하계 운동을 관장하기도 하는 중력은 얼핏 엄청 강력한 힘처럼 느껴지지만 사실 자연계 기본 4가지 힘 중에서 가장 약합니다.

중력은 어떤 면에서는 매우 거대한 힘이지만 전자나 양성자로 구성된 미시세계에서의 중력의 힘은 극단적으로 약하여 거의 작용을 하지 않습니다. 때문에 중력은 세기 약하지만 그 적용 범위는 매우 넓다고 할 수 있겠네요. 중력은 거리와 범위에 따라 그 상호작용이 결정됩니다. 중력자(graviton)라는 매개입자에 의해 조정된다고 알려져 있습니다.

 

2. 전자기력

미시세계를 구성하는 전자기력은 전기력과 자기력에 바탕을 둔 힘입니다. 중력과 다르게 인력과 척력이 모두 존재하는 반면 중력과 마찬가지로 그 범위가 매우 넓지요. 전자기력은 양전하, 음전하 사이에 작용하여 전하의 움직임에 관련됩니다. 원자는 양성자, 중성자, 전자 등으로 이루어져 있는데 양성자와 전자 사이에 전자기력이 작용하고 있습니다. 물리학에서 전자기력은 대부분 원자 내부에 존재하는 입자들 사이의 힘을 설명하는데 사용되는데요. 양성자와 전자는 서로 잡아당기고, 양성자와 양성자, 전자와 전자는 서로 밀어 냅니다.

전자기력의 세기는 꽤 큰데요. 수소원자가 이루고 있는 전자기력은 중력보다 무려 1041배 정도 큰 세기를 갖습니다. 전자기력도 중력처럼 거리와 범위에 따라 그 상호작용이 결정됩니다. 전자기력은 우리에게 익숙한 빛의 양자화 단위인 광자(photon)라는 매개입자에 의해 조정됩니다. 광자는 전기적으로 중성이고 질량이 없기 때문에 광자들끼리는 서로 상호작용을 하지 않지요.

 

3. 강력

극미세계를 구성하는 강력은 원자핵의 양성자와 중성자를 강하게 결합하게 하는 강한 핵력을 지칭하는데요. 양성자와 중성자는 쿼크로 이루어져 있는데, 강력은 쿼크와 쿼크 사이에 작용하는 힘으로 전하를 띤 입자들 보다 훨씬 강력합니다. 거리가 멀어지면 서로 당기는 힘이 점점 더 강력해지지만, 일정한 거리를 벗어나면 갑자기 그 세기가 0이 되어 작용이 사라져버립니다. 때문에 중력과 전자기력에 비해 그 적용 범위가 훨씬 작습니다. 강력은 모든 무거운 원소들을 만들게 한 근본적인 힘이며, 태양이 수많은 열에너지와 빛에너지를 내뿜는 것이 바로 이 강력 때문입니다. 강력을 이용하면 수소폭탄을 만들 수 있고 핵융합을 일으킬 수도 있습니다. 글루온(gluon)이라는 매개입자에 의해 조정됩니다.

 

4. 약력 

극미세계를 구성하는 약력은 방사성 붕괴를 일으키는 약한 핵력을 말합니다. 약력은 지구 중심에 열에너지를 제공하는 힘으로 지구 대륙 이동의 근원이라고 할 수 있죠. 원자력 발전소, 원자폭탄이 바로 약력을 이용한 대표적인 예입니다. 약력은 방사성 붕괴 중 특히 베타 붕괴의 원인이 됩니다. **위크 게이지 보존(weak gauge boson)이라는 매개입자에 의해 조정됩니다.

방사능 원소의 원자핵에서 저절로 방출되는 알파선(α-ray)과 베타선(β-ray), 그리고 감마선(γ-ray) 중에서 베타선(β-ray)은 지금까지 설명한 중력, 전자기력, 강력으로는 설명이 불가능합니다. 알파선은 방사능 원소의 원자핵 속에서 양성자 2개와 중성자 2개가 모두 단단히 결합하여 함께 방출되어 나오는 것으로 헬륨 원자의 원자핵을 의미합니다. 감마선은 방사능 원소의 원자핵 속에서 방출되는 진동수가 매우 큰 전자기파를 의미하지요. 베타선은 방사능 원소의 원자핵 속에서 방출되는 전자를 의미하는데 문제는 원자핵 내부에 전자가 들어있을 수 없다는 사실입니다. 때문에 원자핵에 포함된 중성자가 양성자와 전자로 바뀐 다음 원자핵에 남아있을 수 없는 전자가 바깥으로 나오는 것이고 바로 약력이 중성자가 저절로 양성자와 전자로 바뀌는 현상의 원인입니다.

 

출처

https://openwiki.kr/%EC%9E%90%EC%97%B0%EA%B3%84%EC%9D%98_4%EB%8C%80_%ED%9E%98

https://steemit.com/kr/@hunhani/4

---

17. 25℃에서 0.1 kg의 구리 시료가 386 J의 열을 흡수하였을 때, 구리의 온도 변화량(℃)은? (단, 구리의 비열은 386 J/kg ‧℃이다.)

 

답: 10℃

 

풀이 

Q = cm ΔT=0.1kg x 386 J/kg ‧℃ x ΔT = 386J 

 ΔT = 10℃

 

< 열흡수 >

 

1. 열용량 (Heat Capacity, C)

- 물체가 흡수한 열에너지와 온도변화 사이의 비례상수

- 물체를 단위 온도 높이는데 드는 열량

 

2. 비열 (Specific Heat) : c = C/m

 

3. 몰비열 (Molar Specific Heat)

- 단위 몰당 열용량

- 1 mol = 6.02×1023 개의 단위 요소

 

---

18. 다음 반응의 평형 상수(K) 값을 변화 시키려면 어떤 요인을 변화시켜야 하는가?

2 SO2(g) + O2(g) ⇄ 2SO3(g) + 47kcal

 

① 온도 ② 압력 ③ 촉매 ④ 농도 ⑤ 반응 용기의 부피

 

답: 1번 

풀이: 평형상수는 온도에 의해서만 변한다 

---

19. 다음 전자기파 중에서 에너지가 가장 낮은 것은?

① 적외선 ② 가시광선 ③ 자외선 ④ 감마선 ⑤ X선

 

답: 1번 

 

풀이: 파장이 길수록 에너지는 가장 낮다 

---

 

20. 동위원소에 대한 설명으로 옳은 것은?

① 양성자 수는 같으나 전자 수가 다르다.

② 양성자 수는 같으나 중성자 수가 다르다.

③ 전자 수는 같으나 양성자 수가 다르다.

④ 중성자 수는 같으나 전자 수가 다르다.

⑤ 중성자 수는 같으나 양성자 수가 다르다.

 

답: 2번