히읗

풍력 발전, 수력 발전처럼 번개 발전으로 에너지를 얻는 건 어떨까

뇌를 채워줄 은덩어리 지식들 은근한 잡다한 지식입니다

일러스트를 이용해 최대한 쉽고 간단하게 내용을 전달하기 위해 노력하고 있습니다

많은 관심과 시청 부탁드리겠습니다

유튜브 채널 은근한 잡다한 지식 가기(클릭)

석탄, 석유, 천연가스 같은 화석연료로
막대한 에너지를 얻을 수 있게 된 뒤로
인류는 많은 발전을 할 수 있었고 삶의 질이 올라가게 되었습니다

하지만 화석연료는 영원하지 않기 때문에
언젠가 고갈되었을 때를 대비해야 합니다

화석연료를 대체하는 에너지를 대체 에너지라고 하는데
태양을 이용하거나 물을 이용하거나 바람을 이용하곤 합니다

구름과 땅 사이에 강력한 전류가 흐르면서 방전이 발생하는 경우가 있는데
이것을 낙뢰라고 하며 우리는 흔히 번개라고 부르죠

번개는 전기 에너지입니다

그렇다면 태양을 이용해 태양광 발전
물을 이용해 수력 발전, 바람을 이용해 풍력 발전으로 에너지를 얻는 것처럼
번개를 이용해 번개 발전으로 에너지를 얻는 건 어떨까요

https://youtu.be/nfADN-qVJOY

일정 시간 동안 사용되는 전기 에너지의 양을
전력량이라고 합니다

단위는 Wh를 사용하는데
1Wh라고 하면 1W 짜리 전자제품을 한 시간 동안 사용했다는 뜻입니다

우리가 사용하는 컴퓨터의 전력량은 250Wh 정도 되는데
하루 종일 사용한다고 하면 6000Wh가 됩니다

번개가 치는 순간 만들어지는 전기 에너지를 전력량으로 환산하면
번개에 따라 다르지만 1000kWh~10,000kWh 정도 된다고 합니다

그렇기 때문에 번개가 한 번만 쳐도
1000명의 사람이 컴퓨터를 하루 종일 할 수 있는
전기 에너지를 얻을 수 있습니다

우리나라의 경우 평균적으로 1년에 10만 번 정도 번개가 칩니다

이것을 모두 전기 에너지로 바꿀 수 있다면
1억 명의 사람이 컴퓨터를 하루 종일 할 수 있는 에너지를 얻을 수 있는데
우리나라 인구는 5천만 정도 되니까
전 국민에게 컴퓨터 48시간 무료 쿠폰을 뿌릴 수 있다는 것이죠

번개는 자연현상이니 잘 이용할 수만 있다면
별다른 노력을 하지 않아도
엄청난 에너지를 얻을 수 있습니다

하지만 안타깝게도 번개를 전기 에너지로 바꾸는 일은
현실적으로 불가능한 일이라고 합니다

번개를 에너지로 바꾸기 위해선
발전소가 번개를 잡아야 하는데
번개는 어디에 떨어질지 예측할 수 없기 때문에
번개를 잡을 수가 없습니다

만약 이것을 예측할 수 있어도
번개는 언제나 일정한 장소에만 떨어지는 것이 아니기 때문에

이곳저곳에 발전소를 지어야 하는데
이것 자체가 엄청난 낭비가 되겠죠

어마어마한 피뢰침을 만들어
번개가 한 곳에만 떨어지게 할 수 있다고 해도

번개를 전기 에너지로 바꾸고 저장하는 과정에서
전기저항에 의한 손실이 발생하기 때문에
이야기했던 엄청난 에너지는 얻을 수 없습니다

최근 이슈가 되었던 전기저항이 0인 초전도체를 만들 수 있다면
번개 발전이 현실적으로 다가올 수 있었겠지만

아쉽게도 인류는 아직 초전도체를 포함해
번개를 예측하고 한곳에 떨어지게 할 수 있는 기술을 가지지 못했기 때문에
번개 발전은 불가능하다고 할 수 있습니다

스마트폰을 계속 사용하면 배터리 수명이 줄어드는 이유

뇌를 채워줄 은덩어리 지식들 은근한 잡다한 지식입니다

일러스트를 이용해 최대한 쉽고 간단하게 내용을 전달하기 위해 노력하고 있습니다

많은 관심과 시청 부탁드리겠습니다

유튜브 채널 은근한 잡다한 지식 가기(클릭)

스마트폰을 산지 얼마 안 됐을 땐 몇 시간을 사용해도
배터리가 넉넉하게 남아있습니다

하지만 1년, 2년, 3년 사용하다 보면
배터리 닳는 속도가 점점 빨라지게 됩니다

그래서 한 시간도 안 썼는데
다시 충전을 해야하는 상황이 되기도 하죠

스마트폰을 사용하면 사용할수록
배터리의 수명이 점점 줄어드는 이유는 무엇일까요

https://youtu.be/xDWG7F68eDw

배터리는 전자기기가 작동할 수 있도록
전기 에너지를 공급해 주는 장치입니다

전지라고 말하기도 하는데
충전이 불가능한 1차 전지와 충전이 가능한 2차 전지로 나눌 수 있습니다

스마트폰, 노트북, 무선 이어폰, 전기 자동차에 사용되는 것이
바로 2차 전지이며 2차 전지에는 여러 가지 종류가 있지만

리튬을 소재로 해 만들어진 전지인
리튬이온 전지가 가장 많이 사용되고 있습니다

리튬이온 전지는 리튬이온을 보관하고 있는
쉽게 말해 리튬이온의 집이라고 할 수도 있는
플러스(+), 마이너스(-) 즉 양극재와 음극재

리튬이온이 양극과 음극 사이를
이동할 수 있도록 도와주는 전해질

배터리가 사용되지 않을 때 리튬이온의 이동을 막는
분리막으로 구성되어 있습니다

충전된 배터리의 리튬이온은 음극재에 머물러 있습니다
이때 스마트폰을 사용하면 음극재에 있는 리튬이온이
전자를 잃어버리게 되고 전해질을 통해
양극재로 이동하게 됩니다

잃어버린 전자는 도선을 따라 음극재에서 양극재로 이동하는데
이때 이동하는 과정에서 전기 에너지가 만들어져
스마트폰이 작동하게 됩니다

즉 배터리가 닳는다는 것은 음극재에 있는 리튬이온이
양극재로 이동하는 현상이라고 말할 수 있습니다

이것을 방전이라고 하죠

배터리를 전부 사용하면 모든 리튬이온이 양극재에 머물러 있습니다
이때 리튬이온은 산소와 결합해 리튬 산화물 형태로 존재하는데
이런 상태에서 충전기를 연결하면

양극재에 있는 리튬 산화물이 다시 리튬이온으로 분리돼
음극재로 이동하게 됩니다
그리고 잃어버렸던 전자를 다시 얻게 되죠

이것을 충전이라고 합니다

배터리의 사용과 충전은 이런 원리로 이루어지는 것입니다

리튬이온 전지의 음극재, 즉 리튬이온의 집은
흑연으로 만들어집니다

연필에 있는 그 흑연과 같은 것으로
안정적인 구조를 가지고 있고 리튬이온을 많이 저장할 수 있고
가격이 싸기 때문에 음극재로 사용하기 적합한 소재라고 할 수 있습니다

그런데 흑연은 사용할수록 구조가 점점 변해
저장할 수 있는 리튬이온의 수가 줄어들게 됩니다

사용하고 충전하고
사용하고 충전하다 보면
리튬이온이 머물 수 있는 집이 하나 둘 무너진다는 것이죠

집이 무너지면 음극재에 머무는 리튬이온의 수가 줄어들게 되고
리튬이온의 수가 줄어들면 전자의 수도 줄어들게 되니
만들어지는 전기 에너지도 줄어들게 됩니다

그래서 스마트폰을 사용하면 사용할수록
배터리의 수명이 줄어들게 되는 것입니다

이렇게 집이 무너지기 시작하면
아무리 충전을 해도 리튬이온이 머무를 집이 없어지게 되니
이전과 같은 성능을 내지 못하게 되는 것입니다

우주에 있는 행성은 왜 다 둥근 모양일까

뇌를 채워줄 은덩어리 지식들 은근한 잡다한 지식입니다

일러스트를 이용해 최대한 쉽고 간단하게 내용을 전달하기 위해 노력하고 있습니다

많은 관심과 시청 부탁드리겠습니다

유튜브 채널 은근한 잡다한 지식 가기(클릭)

https://youtu.be/YBgtZs3o6Io

수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성
태양계를 이루고 있는 행성들입니다

이들은 다른 이름, 다른 특징을 가지고 있지만
어떻게 된 것인지 모양은 모두 둥근 모양으로 똑같습니다

마치 누군가 행성은 둥근 모양으로 해야지 라고 정한 것처럼 말이죠

질량을 가지고 있는 모든 물질은
서로 끌어당기는 힘을 가지고 있습니다
이것을 중력이라고 하죠

중력은 질량이 클수록 커지기 때문에
질량이 작은 물질은 질량이 큰 물질 쪽으로 당겨지게 됩니다

행성은 어느 날 갑자기 뿅 하고 나타난 것이 아니라
우주에 떠다니던 물질이 중력에 의해 서로 부딪히고 합쳐져
서서히 만들어진 것입니다

만약 위, 아래로 가는 대각선 방향의 중력이 강하고
다른 방향의 중력이 약하다면
물질이 점점 합쳐지면서 세모 모양으로 변하게 될 것입니다

상하좌우 방향의 중력이 강하고
다른 방향의 중력이 약하다면
물질은 네모 모양으로 변하게 되겠죠

하지만 중력은 거리가 같다면 방향에 관계없이
언제나 같은 힘이 작용하기 때문에
물질이 점점 합쳐지면서 둥근 모양이 되는 것입니다

높은 곳에 있는 물체는 중력에 의해 낮은 곳으로 떨어집니다
즉 중심에서 먼 곳에 있는 물체는
중심에서 가까운 곳으로 옮겨진다고 할 수 있죠

이런 식으로 중심에서 가까운 곳이 채워지다 보면
표면의 높이가 어느 정도 같아지게 됩니다

중력은 공기나 물 같은 것도 끌어당깁니다
그래서 이들이 누르는 힘인 압력이 발생하게 되죠

우리가 평소 느끼는 압력은 1기압, 1atm으로
이것은 약 1kg의 힘으로 누르는 정도입니다

중력은 중심부로 갈수록 강해지기 때문에
압력도 중심부로 갈수록 강해집니다

세계에서 가장 깊은 해구로 알려져 있는 마리아나 해구의 경우
수심이 11km 정도 되는데
여기서 느끼는 압력은 1100atm
이것은 약 1t의 힘으로 누르는 정도입니다

지구 중심부로 가면 이 힘은 더 강해지겠죠

그렇기 때문에 행성이 만들어지는 과정에서
불규칙한 모양의 물질이 합쳐진다 하더라도
이런 압력에 의해 부서지고 변형돼 평평한 모양으로 바뀌게 됩니다

즉 행성은 중력과 압력 때문에 둥근 모양으로 만들어지는 것입니다

우리가 눈을 뭉칠 때 어떤 곳이든 동일한 힘을 준다면
둥근 모양이 되는 것과 비슷한 원리라고 할 수 있습니다

그런데 일부 소행성의 경우 둥근 모양이 아니라
불규칙한 모양을 하고 있습니다

이것은 소행성의 질량이 너무 작아
중력과 압력에 의해 모양이 바뀌지 않기 때문입니다

지구의 질량은 59해 7220경 t 정도
특이한 모양을 가지고 있는 소행성 아이다의 질량은 42조 t 정도로
지구 질량의 0.000000007% 밖에 안되기 때문에
모양을 바꿀 수 있는 충분한 힘을 가지고 있지 않아
둥근 모양이 아닌 것입니다