움직이지 않는 물체들의 보이지 않는 움직임ㅣ랜 티버니(Ran Tivony)
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0:07 - 0:12아마 여러분 주변의 많은 무생물들은
완벽히 정지한 것처럼 보일 것 입니다. -
0:12 - 0:16그러나 그들 중 어느 것의
원자구조를 깊이 들여다 본다면 -
0:16 - 0:18여러분은 끊임없이 움직이는 세계를
보게 될 것 입니다. -
0:18 - 0:19늘어나고
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0:19 - 0:20수축하며
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0:20 - 0:21튀어오르기도 하고
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0:21 - 0:22떨리기도 하면서
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0:22 - 0:25여기저기에 원자들이
떠돌아다니고 있지요. -
0:25 - 0:28비록 이 움직임이 혼란스러워 보이겠지만
마구잡이식은 아닙니다. -
0:28 - 0:32거의 모든 물질을 형성하고
서로 결합되어있는 원자들은 -
0:32 - 0:35일련의 규칙에 따라서 움직입니다.
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0:35 - 0:40예를 들어, 분자들을 보면
원자들이 공유결합으로 연결되어있습니다. -
0:40 - 0:42여기서 분자가 움직일 수 있는
기본적인 방법은 세 가지가 있는데 -
0:42 - 0:43회전운동
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0:43 - 0:44병진운동
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0:44 - 0:46그리고 진동운동입니다.
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0:46 - 0:49회전운동과 병진운동은
분자를 이동시키는데 -
0:49 - 0:52이때 원자들은
서로 일정한 거리를 유지합니다. -
0:52 - 0:56반면, 진동운동의 경우는
분자사이의 거리가 바뀌며 -
0:56 - 0:58사실상 분자의 모습도 바뀌게 됩니다.
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0:58 - 1:03어떤 분자든지, 여러분은 이 분자가 움직이는
모든 경우의 수를 셀 수 있습니다. -
1:03 - 1:05이는 분자의 자유도라고 불리는데
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1:05 - 1:07역학에서 자유도라는 것은
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1:07 - 1:10기본적으로 전체 시스템을 이해하기 위해
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1:10 - 1:13고려해야하는 변수의 개수를 뜻합니다.
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1:13 - 1:183차원 공간은 x, y, z 축으로 정의 됩니다.
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1:18 - 1:23분자는 병진운동에 따라 이 축의
어느 방향으로든 이동할 수 있지요. -
1:23 - 1:25이것이 세 개의 자유도 입니다.
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1:25 - 1:29또한 분자는 세 개의 각 축 주변을
회전 할 수 있습니다. -
1:29 - 1:30자유도 세 개가 더 추가 되겠네요.
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1:30 - 1:33이산화탄소와 같은
직선형 분자의 경우는 좀 다릅니다. -
1:33 - 1:37이 경우에는, 회전 중 하나는 분자를
자신의 축을 기준으로 돌게 합니다. -
1:37 - 1:39이때는 원자들의 위치가
바뀌지 않기 때문에 -
1:39 - 1:42이는 자유도 개수에
포함시키지 않습니다. -
1:42 - 1:45진동운동의 개수의 경우에는
문제가 까다로워 집니다. -
1:45 - 1:47수소 같은 단순한 분자를
예로 들어 봅시다. -
1:47 - 1:50두 원자를 잡아주는 결합의 길이는
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1:50 - 1:54마치 원자들이 스프링으로 연결된 것처럼
지속적으로 변하고 있습니다. -
1:54 - 1:59그 거리의 변화는 아주 미세한데,
10억분의 1m도 안되는 차이입니다. -
1:59 - 2:02분자가 가지고 있는
원자와 결합의 수가 많을수록 -
2:02 - 2:04진동 방식의 수도 더 다양해집니다.
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2:04 - 2:07예를 들어, 물 분자는
세 개의 원자를 가지고 있습니다. -
2:07 - 2:10산소 하나, 수소 둘과
결합 두 개가 있습니다. -
2:10 - 2:12이러한 구조는 분자가
세 가지 방식으로 진동하게 합니다. -
2:12 - 2:14대칭 늘임
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2:14 - 2:15비대칭 늘임
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2:15 - 2:17그리고 구부림진동입니다.
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2:17 - 2:21더 복잡한 분자들은
진동방식도 훨씬 더 복잡하며 -
2:21 - 2:22가로 흔들림 진동
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2:22 - 2:24세로 흔들림 진동
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2:24 - 2:25꼬임 진동을 보여줍니다.
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2:25 - 2:27만약 하나의 분자가 몇 개의 원자들을
가지고 있는지 안다면 -
2:27 - 2:30그것의 진동 방식의 개수를
셀 수 있습니다. -
2:30 - 2:32전체 자유도의 합으로 시작해 볼까요.
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2:32 - 2:35전체자유도는 분자에 속한
원자 수의 세 배(3N)입니다. -
2:35 - 2:39그 이유는 각 원자가 각 각 세 가지의
방향으로 움직일 수 있기 때문입니다. -
2:39 - 2:41이 3N중 3개는 병진운동으로
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2:41 - 2:45모든 분자들이
같은 방향으로 움직이는 경우지요. -
2:45 - 2:47그리고 세 개 또는
두 개(선형분자의 경우)는 -
2:47 - 2:49회전운동의 수에 해당됩니다.
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2:49 - 2:54그외의 나머지인 3N-6,
선형분자의 경우는 3N-5가 -
2:54 - 2:56진동운동의 개수입니다.
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2:56 - 2:58그렇다면 이런 모든 움직임의
원인은 무엇일까요? -
2:58 - 3:02분자들은 주위환경에서
에너지를 흡수해서 움직이는데 -
3:02 - 3:06주로 열이나 전자기파의 형태입니다.
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3:06 - 3:08이 에너지가 분자로 전달되면
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3:08 - 3:09진동하고
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3:09 - 3:10회전하고
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3:10 - 3:13병진하는 속도가 빨라집니다.
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3:13 - 3:17빠른 움직임은 분자와 원자의
운동에너지를 증가시킵니다. -
3:17 - 3:21우리는 이런 경우
온도나 열에너지가 증가했다고 말하지요. -
3:21 - 3:25이것은 전자렌지를 사용해 음식을
따뜻하게 만드는데 쓰이는 현상입니다. -
3:25 - 3:29전자렌지는 마이크로파를 내보내고,
그것은 분자에 의해 흡수됩니다. -
3:29 - 3:32대부분 물분자이지요.
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3:32 - 3:34이 분자들은 점점 더 빠르게 움직이며
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3:34 - 3:38서로 충돌하여 음식의
온도와 열에너지를 증가시킵니다. -
3:38 - 3:41온실효과는 또 다른 예입니다.
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3:41 - 3:46지구표면에 충돌하는 태양복사열의
일부는 대기로 반사됩니다. -
3:46 - 3:51이 때 수증기와 이산화탄소같은
온실가스들은 이 복사열을 흡수하고 -
3:51 - 3:52이들의 속도가 빨라집니다.
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3:52 - 3:58이 뜨겁고, 빠르게 움직이는 분자들은
모든 방향으로 적외선을 방사하고 -
3:58 - 4:00이중 일부는 지구로 다시 돌아가서
온도를 높입니다. -
4:00 - 4:03이런 분자들의 모든 움직임이
멈출 수도 있을까요? -
4:03 - 4:06당신은 가능한 제일 낮은 온도인
절대 영도에서 -
4:06 - 4:08그런 일이 일어난다 생각할지 모릅니다.
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4:08 - 4:11그러나 누구도 그 정도의 낮은 온도를
만든적이 없을 뿐더러 -
4:11 - 4:12가능하다해도
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4:12 - 4:16분자는 영점에너지라 불리는
양자역학 원리에 따라서 -
4:16 - 4:19계속 움직일 것입니다.
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4:19 - 4:23바꿔 말하면, 모든 것은 우주의
가장 최초의 순간 이래로 움직여 왔고 -
4:23 - 4:26우리가 사라진 오랜 후에도
계속해서 움직인다는 것이지요.
- Title:
- 움직이지 않는 물체들의 보이지 않는 움직임ㅣ랜 티버니(Ran Tivony)
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전체 강의 보기: http://ed.ted.com/lessons/the-invisible-motion-of-still-objects-ran-tivony
여러분 주변의 많은 무생물들은 아마도 완벽히 정지해있는 것 처럼 보일 것입니다. 그것들의 원자구조를 더 자세히 살펴보면, 당신은 끊임 없이 유동하는 세계를 볼 수 있을 것 입니다. 여기 저기에서 원자들이 늘어나고, 수축하고, 튀어 오르거나 진동하거나 떠돌아다니고 있지요. 랜 티버니씨는 분자의 운동이 왜, 어떻게 일어나는지 설명하고, 과연 이것이 멈추는 것이 가능한지를 이야기 해 줍니다.강연: 랜 티버니
영상: Zedem Media - Video Language:
- English
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- 04:44
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