공대상상(49호)

1. 원자력 에너지

첨단기술관에 입장하자마자 원자력 에너지가 우릴 반겨줍니다. 원자력 에너지란 무엇인지, 어떤 원리로 핵분열이나 핵융합을 통해 에너지가 생성되는지 알기 쉽게 영상과 글로 설명하고 있고, 버튼들을 눌러 가며 핵분열 과정들을 직접 체험하며 이해할 수 있습니다! 또한 원자력 기술의 기초에 큰 기여를 한 아인슈타인의 삶을 애니메이션 형식으로 제시해 광속 불변 원리¹⁾, 상대성이론²⁾, 아인슈타인의 사고 실험³⁾ 등을 흥미롭게 배울 수 있습니다.

핵분열 과정을 거쳐 질량결손이 발생하면 질량-에너지 등가 원리에 의해 E=mc² 만큼의 에너지가 발생합니다. 이때의 핵분열 과정은 임계미만반응, 임계연쇄반응, 초임계연쇄반응으로 구분되는데, 임계 이상의 에너지가 발생하지 않아 연쇄반응이 일어나지 않으면 막대한 에너지가 발생하지 않으며 이를 임계미만반응이라 합니다. 반면 에너지가 임계를 넘어 반복적인 연쇄반응을 일으켜 막대한 에너지를 발생시키는 초임계연쇄반응은 우리가 아는 핵폭탄의 원리입니다. 그리고 임계연쇄반응은 정확히 임계만큼의 에너지가 발생해 핵분열 반응이 일정한 비율로 유지되는 반응입니다.

2. 신재생 에너지

다음으로 여러 가지 신재생 에너지를 소개하고 있습니다. 신재생 에너지란 기존의 화석 연료를 대신해 친환경적이고 지속 가능한 방법으로 에너지를 생산하는 기술을 말합니다.

첫 번째로 풍력 발전에 대해 설명하고 있는데, 풍력 발전기 블레이드 모형이 이목을 집중시켰습니다. 바람이 불어 블레이드가 돌아가면 공대상상 47호에서도 소개했던 전자기 유도에 의해 발전기 내부의 코일에 유도전류가 흘러 전기 에너지가 생산됩니다. 그런데 왜 풍력 발전기의 날개는 3개일까요? 날개의 수에 따라 발전량을 측정하는 코너가 있었는데, 날개의 수가 많을수록 발전량이 많았습니다.

그럼에도 불구하고 날개를 3개 사용하는 이유는 경제성과 효율성 때문입니다. 날개가 3개보다 많아지면 질량이 커져 관성 모멘트⁴⁾가 커지게 되고, 각운동량은 증가합니다. 따라서 발전 효율이 떨어집니다. 또한, 날개를 2개 사용할 때보다 3개일 때 안정하고 발전량이 많으므로 날개를 3개 사용할 때가 가장 효과적인 것이죠.

두 번째로는 태양 전지를 설명하는 코너가 있습니다. 태양 전지의 구조를 분해하여 각 판이 하는 역할은 무엇인지, 어떤 원리로 에너지가 발생하는지 알 수 있습니다. 태양 전지는 광전 효과⁵⁾를 이용해 전기 에너지를 생성하는데, 태양광을 태양전지 셀이 흡수하면 전자가 방출되어 외부 전극을 통해 전자가 이동하고, 전류가 흐르게 됩니다. 책 형태로 한 장씩 넘기며 셀 내부 구조를 체험할 수 있는 코너가 있어 각 구조가 어떤 역할을 하는지 이해하기 쉬웠습니다.

마지막으로 연료 전지를 전시하고 있습니다. 수소 연료 전지는 수소와 산소를 합성하여 물을 만들고, 이때 발생하는 화학적 에너지 차이를 전기 에너지로 변환합니다. 2H2 + O2 → 2H2O의 화학식에서 물보다 결합하기 전의 수소, 산소 기체의 화학적 에너지가 더 크기 때문에 위 반응은 엔탈피⁶⁾가 감소하는 반응입니다. 따라서 에너지 차이는 양의 값으로 나타나는데, 이를 전극을 통해 전기에너지로 변환하는 방식입니다.

최초의 연료전지를 만든 그로브의 연료전지 실험을 재현해 놓았는데, 여러 단계에 걸쳐 물이 전기분해되고 있고, 생성된 수소 기체와 산소 기체가 전극을 통해 합성되어 다시 물을 생성합니다. 그 결과로 전기에너지가 생성되는 것을 바람개비가 돌아가는 것으로 확인할 수 있습니다.

3. 하늘과 우주

마지막으로 하늘과 우주를 다루는 항공우주 코너가 준비되어 있습니다. 하늘 코너에서는 비행기가 어떻게 하늘을 날 수 있는지, 어떤 내부 구조를 갖고 어떻게 발전되어 왔는지 설명하고 있습니다. 우주 코너에서는 시대별 우주선과 우주 비행 분야의 역사를 설명하며 우주학이 어떻게 발전되어 왔는지, 우리나라의 우주 기술은 어떤 경로를 거쳐 왔는지 전시되어 있습니다.

항공 코너에서 가장 이목을 끌었던 것은 실제 크기의 비행기였습니다.

그뿐 아니라 비행기의 엔진 등도 직접 전시해 놓아 작동 과정을 상세하게 볼 수 있었습니다. 과거에 사용하던 왕복엔진과 제트엔진의 차이를 한눈에 볼 수 있었고, 직접 레버를 돌리고 버튼을 눌러보며 엔진이 작동하는 순서와 원리를 파악할 수 있었습니다.

비행기는 추력⁷⁾, 저항력, 중력, 부력 등의 힘이 상호작용하며 날아오릅니다. 이때의 추력을 만들어 주는 것이 엔진이며, 현대의 제트 엔진은 압축된 공기를 연소시켜 가스를 분사하여 작용 반작용으로 앞으로 나가는 힘인 추력을 얻습니다. 추력은 비행 방향으로 발생하므로 비행기가 하늘을 날아갈 수 있는 것입니다.

그 외에도 다양한 체험을 할 수 있습니다! 글라이더를 직접 타 보며 스크린으로 실감나는 비행 풍경을 볼 수 있고, 드론 조종 시뮬레이션을 체험하여 직접 조종기로 드론을 화면 속에서 조종해 볼 수 있습니다. 직접 글라이더를 타는 것처럼 실감 나게 구현해 놓아서 스릴 넘치고 재밌었어요! 정말 유익하지 않나요?

다음으로 웅장한 우주 코너가 등장합니다. 전시관 곳곳에 로켓과 위성 등이 있어 마치 우주 안에 있는 것 같은 기분을 느낄 수 있는데요, 우주 기술이 시대를 거치며 어떻게 발전해 왔는지 생생하게 전달해 줍니다.

우선 다양한 인공위성들의 종류와 실제 우리나라에서 사용하고 있는 인공위성에 대해 설명하고 있습니다. 인공위성은 지구 주위를 공전하며 지구의 기상 현상을 관측하고 예측하거나, GPS를 제공하기도 합니다. 그리고 우리나라 최초의 달 탐사선 '다누리'를 전시하고 있습니다. 또한 누리호의 1차, 2차, 3차 과정을 각각 세분화하여 전시하고 있습니다. 다른 코너와 다르게 우리나라의 우주 기술의 발전을 자세하게 알아볼 수 있었습니다.

끝으로 우주왕복선 내부에 어떤 것들이 있는지 보여줍니다. 우주 왕복선에서 과학자들은 오랜 시간동안 실험하고 연구하기에 일상생활에 필요한 모든 것들이 필요합니다. 우주 식품, 우주화장실, 우주침대와 같은 것들이 해당됩니다.

과천과학관을 탐방하며 이론으로만 배우거나, 배우지 않았던 많은 것들을 직접 몸으로 체험하며 배울 수 있었습니다. 광전효과나 전자기 유도처럼 중고등학교 교과 과정에서 이론으로만 배우는 개념을 여러 시뮬레이션과 전시를 통해 어떤 곳에 어떻게 사용되는지 경험적으로 학습할 수 있습니다. 또한 매체에서만 보던 우주정거장 내부와 같은 특수한 공간을 실제처럼 재현해 내어 실감 있는 체험을 할 수 있었습니다. 반복적인 삶에 지친 여러분, 공학도라면 이런 유익한 경험을 하며 색다른 추억을 쌓는 것은 어떨까요?