스토리 2020.07.22

[호기심 과학] 해변에 숨어있는 디스플레이와 반도체 재료!

여름철 인기 휴양지로 꼽히는 시원한 바다! 비록 파라솔 간격을 2미터 이상 두는 등 거리두기를 실천해야 하는 상황이긴 하지만 그럼에도 불구하고 바다는 여전히 우리 마음을 설레게 하는 매력적인 공간이다. 그런데 혹시 독자 여러분들은 해변에서도 디스플레이와 반도체의 재료가 되는 광물들을 찾아볼 수 있다는 사실을 아셨는가? 이번 편에서는 광물과 암석의 다른 점이 무엇이고, 해변의 모래가 어떻게 디스플레이와 반도체의 재료가 될 수 있는지 알아보자.   광물과 암석의 차이는 무엇일까? ▲순물질로 이루어진 광물 종류의 다이아몬드(왼쪽), 혼합물로 이루어진 암석 종류의 화강암(오른쪽) SiO2라는 화학식으로 나타내는 이산화규소는 반도체의 소재가 되는 규소에 산소가 화합한 화합물이다. 이산화규소가 주요 성분인 석영(크리스탈, 수정)은 규산염 광물 중의 하나이다. 지구 지각 전체의 약 97%를 차지하고 있는 규산염 광물의 종류에는 석영 외에도 장석, 흑운모, 각섬석, 휘석, 감람석 등이 있다. ‘광물’과 ‘암석’은 모두 비슷한 돌로 보이지만 똑같은 돌은 아니다. 광물은 순물질이고 암석은 혼합물이다. 즉 홑원소물질이거나 화합물로 순수한 상태의 광물이 모여서 암석을 이루고 있는 것이다. 그래서 광물과 암석의 가장 큰 차이점은 ‘가격에서도 드러난다. 당연히 순물질이면서 더 귀한 광물이 비싸고, 혼합물이면서 흔한 암석은 싸다. 가장 비싸면서 단단한 광물은 C(탄소)만으로 이루어진 금강석, 즉 우리가 최고의 보석으로 알고 있는 다이아몬드이다. 반면 광물에 비하면 가격이 훨씬 싸고, 또 우리나라에서 제일 흔한 암석 중 하나가 화강암인데 주로 건물 외벽에 마감재로 붙이는 용도로 많이 사용한다.   해변의 모래 속에 포함된 반도체, 규소! 우리 주변에서 정말 흔하게 많이 관찰되는 화강암은 반도체를…
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일상 속 디스플레이 2020.07.21

일상 속 디스플레이의 발견 14편: 삼성 OLED, 물감보다 생생한 컬러!

우리는 일상에서 매 순간 디스플레이를 통해 다양한 일들을 경험합니다. 디스플레이의 기술을 통해 보다 편리해진 삶의 변화를 느끼는 요즘! 아침에 눈을 뜨고 잠들기 전까지 우리와 함께하는 ‘디스플레이 시대(Display of Things)’의 하루를 일러스트로 만나보세요.
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일상 속 디스플레이 2020.07.20

일상 속 디스플레이의 발견 13편: 아름다운 풍경을 OLED에 담다!

우리는 일상에서 매 순간 디스플레이를 통해 다양한 일들을 경험합니다. 디스플레이의 기술을 통해 보다 편리해진 삶의 변화를 느끼는 요즘! 아침에 눈을 뜨고 잠들기 전까지 우리와 함께하는 ‘디스플레이 시대(Display of Things)’의 하루를 일러스트로 만나보세요.
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스토리 2020.07.07

창의적으로 문제를 해결하는 방법! 정답 없는 문제 풀어내는 ‘페르미 추정’

  이런 문제를 어떻게 푼다고? 바로 ‘페르미 추정법’으로 풀자! 우리나라에서 하루에 팔리는 치킨은 몇 마리일까? , 시카고에 있는 피아노 조율사는 모두 몇 명일까?, 서울에 있는 미용실은 몇 곳일까? 이런 질문에 선뜻 답하기 쉽지 않다. 하지만 잠깐만 수학적으로 생각한다면 어렵지 않게 답을 얻을 수 있다. 우선 첫 번째 질문에 대한 답을 구해 보자. 과연 하루에 팔리는 치킨은 몇 마리일까? 현재 우리나라 인구는 약 5000만 명이고, 2~3명이 한 가구를 이룬다고 가정하면 우리나라 전체 가구 수는 약 2000만이다. 한 가구당 평균적으로 얼마나 자주 치킨을 주문할까? 하루 한 번은 너무 잦고, 한 달에 한 번은 너무 드무니 대략 일주일에 한 번 정도 주문한다고 가정하자. 그러면 일주일에 2000만 마리의 치킨이 팔리고, 일주일은 7일이므로 하루에 팔리는 치킨은 2000만을 7로 나눈 값이다. 즉, 20,000,000÷7≈2,857,00이므로 평균적으로 하루에 약 290만 마리의 치킨이 팔린다고 할 수 있다. 나아가 이 추측으로부터 우리나라에 있는 치킨집의 수도 알 수 있다. 치킨집이 유지되기 위해서는 적당한 이익이 보장되어야 하는데, 하루에 10마리 정도만 팔린다면 치킨집은 문을 닫을 것이다. 그렇다고 하루에 1000마리 정도를 튀겨낼 수 있는 치킨집은 많지 않을 것이다. 그래서 하루에 평균적으로 50마리 정도 팔린다고 가정할 수 있고, 이 치킨집이 일주일에 6일 영업한다면 한 가게당 일주일에 300마리의 치킨을 공급할 수 있다. 그런데 일주일에 2000만 마리가 필요하므로 20,000,000÷300≈67,000이다. 즉, 우리나라에는 약 67,000개의 치킨집이 있다고 추정할 수 있다. 그런데 2019년 6월 3일에 한국경제신문의 보도에 따르면 우리나라에 있는 치킨집 수는 8만 7000개 (2019년 2월 기준)이다. 약 2만 개 정도 차이는 있지만, 이 정도면…
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스토리 2020.07.06

전자 혁명의 시초 ‘트랜지스터’ 알아보기!

  세 발 달린 미니 마법사, ‘트랜지스터’ 회로를 구성하는 주요 부품들은 모두 ‘다리’를 가지고 있다. 회로에 흐르는 전기를 받는 부분과 내보내는 부분이 있기 때문에 기본적으로 두 개의 다리를 가진다. 대표적으로 ‘저항’과 ‘축전기’는 다리가 두 개씩 있는데 저항의 다리는 양쪽으로 뻗어 있고, 축전기는 같은 방향으로 두 개의 다리를 뻗고 있다. 오늘 다룰 트랜지스터는 이와 달리 세 개의 다리를 가지고 있어 다른 부품과 구별이 매우 쉽다. 트랜지스터는 미국 벨 연구소에서 근무하던 쇼클리, 바딘, 브래튼이 1948년 발명한 것으로 전기 전자회로에서 없어서는 안 될 매우 중요한 부품이다. 트랜지스터를 발명한 당시에는 이 부품에 특별히 정해진 이름이 없었는데 벨 연구소 내에서 이름 공모를 위한 투표를 실시해 6개의 이름 후보 중 압도적 선호로 선정됐다. 트랜지스터(Transistor)는 전송하다는 뜻의 Transfer, 저항 소자라는 뜻의 Varistor의 합성어로, 전기전도성을 가지면서 동시에 저항의 역할도 한다는 의미에서 그 특징을 가장 잘 표현하는 이름이었기 때문에 연구원들에게 매력적으로 보였던 것 같다. ▲ 세계 최초의 진공관 컴퓨터 ‘에니악(ENIAC)’ (출처: 위키피디아) 트랜지스터 발명 이전의 전자기기는 어떤 모습이었을까? 현재 우리가 사용하고 있는 컴퓨터의 첫 번째 조상님은 1946년에 개발된 ‘에니악(ENIAC)’이다. 에니악은 1만 8천 개가 넘는 진공관을 사용해 작동됐다. 진공관은 부피가 큰 부품이었기 때문에 에니악의 크기는 길이 25미터, 폭 1미터, 높이 2.5미터였으며, 무게만 무려 30톤에 달했다. 컴퓨터 한 대가 일반 승용차 30대 정도의 무게에 해당했으니 컴퓨터의 조상님은 어마어마한 거인의 외모를 가지고 있었던 것이다. 하지만 트랜지스터 개발로 전자 부품 소형화…
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스토리 2020.06.25

[호기심과학] 병도 주고 약도 주는 자외선, 현명하게 자외선을 차단하는 방법은?

봄이 언제 지나갔는지도 모르게 우리 곁을 훌쩍 지나가 버렸다. 이제 외출하면 갑자기 올라간 기온으로 인해 열기가 확 느껴지면서, 눈이 부실만큼 강하게 햇볕이 내리쬐는 것을 느낄 수 있다. 한낮에 뜨겁게 내리쬐는 태양이지만, 우리가 무언가를 볼 수 있는 것은 바로 이 태양의 ‘빛’ 덕분이다. 사실 현대 사회에서는 태양뿐 아니라 핸드폰과 TV, 모니터 등과 같은 수많은 디스플레이들도 ‘빛’을 내고 있다.   우리가 볼 수 있는 ‘빛’은 무엇일까? 우리가 실제로 물체를 보고, 디스플레이를 통해 다양한 영상을 볼 수 있는 것은 바로 빛 즉, 광선 중에서도 ‘가시광선’이 우리 눈에 들어와서 망막의 시각세포를 흥분시키기 때문에 가능한 일이다. ‘가시광선(可視光線, visible ray)’은 용어 그대로 우리가 볼 수 있는 빛으로, 가시광선의 파장은 380nm(나노미터, 10억 분의 1미터)에서 780nm의 범위이다.  가시광선의 파장이 짧은 순서대로 나열해 보면 ‘보남파초노주빨’이 되는데 가시광선보다 파장이 더 짧거나 길면 우리는 보지 못한다. 가시광선 중 보라색보다 더 파장이 짧은 광선을 자외선(紫外線, Ultraviolet ray, UV)이라고 부른다. 단어 그대로 보라색 바깥쪽이란 의미이다. 그리고 빨간색 가시광선 (610∼590nm)보다 파장이 더 긴 광선을 적외선(赤外線, infrared ray)이라고 부르는데, 이 역시 빨간색 바깥쪽을 말한다. 즉 자외선, 적외선이란 용어 자체가 파장의 범위를 설명하는 것이다. 눈에 보이지 않는 이 광선들이 우리에게 큰 영향을 미치는데, 햇빛을 받으면서 뜨겁다고 느끼는 건 바로 열작용을 주로 하는 적외선 때문이다. 햇빛에 의한 살균작용이 가능하고, 또 피부가 검게 타는 것은 화학작용을 하는 자외선 때문이다. 피부색을 결정하는 멜라닌 색소세포가 자외선에 의해 자극을 받아…
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일상 속 디스플레이의 발견 12편: 꿈꿔온 드림카, 상상이 현실로!
일상 속 디스플레이 2020.06.24

일상 속 디스플레이의 발견 12편: 꿈꿔온 드림카, 상상이 현실로!

우리는 일상에서 매 순간 디스플레이를 통해 다양한 일들을 경험합니다. 디스플레이의 기술을 통해 보다 편리해진 삶의 변화를 느끼는 요즘! 아침에 눈을 뜨고 잠들기 전까지 우리와 함께하는 ‘디스플레이 시대(Display of Things)’의 하루를 일러스트로 만나보세요.
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일상 속 디스플레이 2020.06.23

일상 속 디스플레이의 발견 11편: OLED와 함께하는 최첨단 스마트카!

우리는 일상에서 매 순간 디스플레이를 통해 다양한 일들을 경험합니다. 디스플레이의 기술을 통해 보다 편리해진 삶의 변화를 느끼는 요즘! 아침에 눈을 뜨고 잠들기 전까지 우리와 함께하는 ‘디스플레이 시대(Display of Things)’의 하루를 일러스트로 만나보세요.
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스토리 2020.06.19

자연과 디자인에서 찾을 수 있는 ‘피보나치 수열’에 숨은 황금비!

피보나치(Leonardo Fibonacci, 1170년 추정 ~ 1250년 추정)는 잘 알려진 중세 유럽의 가장 뛰어난 수학자이다. 당시 유럽에서는 산술과 표기(로마자)를 다르게 하는 불편함이 있었으나 피보나치가 새로운 인도–아라비아 숫자와 그 수를 이용한 셈법을 유럽에 소개하면서 당시 유럽인들의 불편함을 해소하는 계기를 가져다주었다.  우리는 그가 저술한 『산반서』라는 책을 통해 이러한 사실을 알 수 있다. 이 책은 1228년에 출판되었다. 모두 15개의 장으로 구성되어 있고 다양한 연산 방법과 사례를 다루고 있다.   피보나치 수열의 역사적 유래 피보나치는 자신의 책에서 처음으로 오늘날 우리가 사용하고 있는 인도–아라비아 숫자와 이 숫자를 사용하여 수를 쓰는 방법과 셈을 하는 방법을 소개했다. 당시 유럽인들은(우리나라를 포함한 동양도 마찬가지로) 계산은 주판으로 하고, 계산 결과를 로마 숫자(동양의 경우는 한자)로 나타내는 번거로운 일을 해야만 했다. 그런데 인도–아라비아 숫자가 도입되며 계산과 표기를 한꺼번에 할 수 있게 되며 수학은 일대 전환기를 맞이한다. 『산반서』에서 새로운 수를 어떻게 활용하는지 알려주려고 제시된 실용적인 문제는 우리에게 중세의 화폐, 무게와 길이, 사업의 실제 계산과 상품 등 다양한 정보를 준다. 더욱이 이 책에 흥미로운 수학 문제가 많이 소개되어 있다. 그런 문제 중에서 특히 우리의 흥미를 끄는 문제는 토끼의 번식에 관한 것이다. 『산반서』의 12장에 있는 수학 문제에 나타난 수열을 1870년대 프랑스의 수학자 루카스(E. Lucas)가 ‘피보나치 수열’이라고 이름 지었는데, 오늘날 이 수열은 자연계뿐만 아니라, 과학, 건축, 예술에 이르기까지 아름답거나 질서정연한 어떤 형식이 있는 곳이면 빠지지…
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스토리 2020.06.05

전기회로에서는 내가 주인공! ‘축전기’

  쓰임새가 너무나도 많은 팔방미인 축전기 자~ 여기를 보세요. 하나 둘~ 셋! (번쩍!) 예식장에서 사진 기사님의 플래시가 번쩍 터지면 우리가 눈을 못 뜰 정도로 강한 빛이 순간적으로 방출한다. 플래시는 어떤 원리로 그렇게 강한 빛을 순간적으로 발생시킬 수 있는 것일까? 타타타탁~ 컴퓨터로 과제를 하고 있는 현우가 키보드를 능숙하게 두드리고 있다. 키보드 자판을 두드리는 대로 모니터에 글자가 만들어진다는 것이 참 신기하기만 하다. 키보드는 어떤 원리로 자판을 누르면 화면에 글자를 표현할 수 있는 것일까? 초등학교 운동장에서 교장 선생님이 학생들에게 훈화 말씀을 하고 있다. 마이크에 대고 작게 말을 해도 전교생이 다 들릴 만큼 큰 소리가 나온다는 게 대단하다. 마이크는 어떤 원리로 음성 신호를 전기 신호로 바꿀 수 있는 것일까? 위의 세 장면에 공통적으로 사용되는 장치는 콘덴서라고도 불리는 축전기(蓄電器, Capacitors)이다. 축전기는 분리된 양전하와 음전하를 저장함으로써 전기 퍼텐셜에너지를 저장하는 특별한 장치이다. 전기를 ‘축(蓄)’, 즉 쌓아둔다는 것은 무엇을 의미하는 것일까? 이를 이해하기 위해서 눈에 보이지 않는 전기를 물로 비유하여 생각해 보자.   전기를 담는 통 축전기 다음과 같이 물을 담는 통이 있다. 통에 물을 부으면 부을수록 물의 높이(수위)가 점점 올라간다. 이 특별하지 않은 현상이 축전기를 이해하는 기본이다. 하지만 전기는 이러한 통에 쌓아두는 것이 아니다. 전기를 담는 통은 아래와 같이 서로 마주보고 있는 얇은 금속판으로 되어 있다. <그림 2>와 같이 금속판 두 개를 닿지 않게 두고 양 끝에…
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