│ 숨만 쉬고 일하면 돼요
한 개그 프로그램의 코너 중 사람들에게 큰 웃음을 주는 유행어가 있으니…
그것은 바로, ‘숨만 쉬고 일하면 돼요!’
이렇게 더운 여름날 휴가도 가지 못하고 열심히 일하는 데 숨만 쉬고 일하면 된다니 눈물이 앞을 가리네요. 그런데 이런 마음도 잠시, 과연 우리가 하루 종일 숨만 쉬고 일하는 데에 필요한 공기의 양은 얼마만큼 일지 궁금하지 않으세요?
일반적으로 성인은 1분에 12에서 14회 정도 숨을 쉬는 데요. 하루가 24시간 즉 1440분이니 약 17,000번에서 20,000번 정도 숨을 쉬는 것입니다. 이렇게 많이 숨쉬다 보니 필요한 양도 엄청나게 많은데요. 무게로 따지면 약 16kg 정도의 공기가 필요하다고 합니다. 정말 많은 양이지 않나요?
이러한 공기는 생명체에게 필수인데요. 특히 사람의 경우 공기 속에 있는 산소가 단 몇 분만 얻을 수 없어도 생명을 잃을 수 있습니다. 이렇게 생명체에게 중요한 공기는 숨을 쉬는데 말고도 우리 생활 주변에서 다양한 역할을 하고 있습니다. 소리를 전해주는 역할도 하고, 우주에서 오는 나쁜 광선들을 걸러주는 역할도 하고, 화재 났을 때 불을 꺼주는 역할도 하고 있습니다. 또 전기를 만들어 낼 수도 있고, 전기를 저장하는 전지를 만들어 낼 수 도 있습니다.
오늘은 우리가 잘 모르고 있던 공기의 다양한 역할에 대해 알아보도록 하겠습니다.
│ 칵테일과 같은 공기
다양한 음료와 술이 만나서 특별한 맛을 선사해주는 칵테일, 공기도 이런 칵테일처럼 다양한 성분이 모여서 특별한 역할을 해주고 있습니다.
공기는 약 78%가 질소로 이루어져 있습니다. 그리고 21%는 산소가 0.93%는 아르곤, 이산화 탄소, 수증기로 이어져 있는데요. 그 외에는 네온, 헬륨, 메탄, 크리프톤, 크세논, 오존, 암모니아 등 엄청나게 다양한 성분들이 있습니다.
많은 성분들이 있는 공기의 역할 중 하나는 우리가 소리를 듣게 해주는 것이랍니다. 기타 줄을 튕기면 진동하면서 소리가 나는데요. 이처럼 소리는 물체의 떨림으로 생깁니다. 우리가 목소리를 내는 것도 목에 있는 성대가 떨리면서 나는데요. 이러한 소리가 전달되려면 이 진동을 전달해주는 매개체가 필요합니다. 공기는 이러한 매개체 역할을 해주고 있는 것이죠.
한가지 재미있는 것은 공기를 이루고 있는 성분이 바뀌면 목소리도 바뀌게 됩니다. 이것은 소리를 전달해 주는 공기의 밀도가 달라지면 소리의 높낮이 달라져서 생기는 현상이랍니다. 대표적인 예가 도날드 덕 목소리를 내게 해주는 헬륨가스를 마실 경우인데요. 밀도가 공기보다 낮은 헬륨가스는 소리의 음을 높게 해주어서 마치 우리 목소리 도날드 덕과 같이 만들어 주는 것이랍니다.
공기를 이루고 있는 성분 중 오존이라는 이름은 뉴스에서 많이 들어 보셨을텐데요. 이 녀석은 산소만큼 우리에게 중요하답니다. 태양에서 오는 빛 중에 여름 날 우리를 검게 그을리게 하는 자외선을 오존이 없는 상태에서 직접 쬐게 되면 아주 심각한 문제를 일으킬 수 있습니다. 이 빛은 너무 강해서 지금 우리가 썬텐을 하는데 쬐는 자외선과 달리 쬐는 순간 화상을 입을 수도 있습니다. 오존은 이러한 빛을 흡수해주는 역할을 해주죠. 그래서 우리가 태양빛을 쬐더라도 큰 문제없이 안전하게 돌아 다닐 수 있습니다.
이산화탄소는 지구온난화의 주범으로 항상 미움을 받고 있지만, 숨겨진 곳에서 아주 큰 도움을 주고 있습니다. 바로 불이 났을 때 화재를 진압하기 위해 사용하는 소화기, 그 안에는 이산화탄소가 들어있어서 불을 끄는 데에 큰 도움을 주고 있습니다.
불은 외부의 산소가 공급되는 것을 차단하거나, 온도를 낮출 경우 꺼지게 됩니다. 이산화탄소는 아주 무거운 기체로 산소 기체보다 아래에 있으려해서 불이 붙은 곳에 산소가 접근하는 것을 차단하여 불을 꺼주게 되는 것입니다.
│ 불어라, 바람이여! 생겨라, 전기여!
시원한 바람이 불어올 때 휘날리는 깃발을 보고 있으면 정말 멋진데요. 혹시 이런 바람이 어떻게 생기는 아시나요?
바람이 부는 이유는 크게 두 가지 입니다. 하나는 온도의 차이이고, 나머지 하나는 기압 차이에요.
뜨거운 공기는 차가운 공기에 비해서 가벼운 성질이 있습니다. 그래서 뜨거운 공기는 붕붕 날아서 위로 가려고 하는 성질이 있는 반면, 차가운 공기는 아래에로 내려가려는 성질이 있어서 뜨거운 공기가 떠난 자리를 채우려고 합니다. 이 때문에 공기는 순환되면서 바람이 불게는 되는 것입니다. 바닷가의 경우 낮에는 육지의 공기가 더 뜨겁고 밤에는 바다 위의 공기가 더 뜨겁기 때문에 낮에는 바다에서 육지로 바람이 불고, 밤에는 육지에서 바다로 바람이 부는 현상이 일어납니다.
또 공기의 경우 압력이 차이가 생길 수 있는데요. 압력이 높은 공기는 압력이 낮은 공기로 가려고 합니다. 이 때문에 고기압에서 저기압으로 바람이 불게 되는데요. 이런 기압 차이는 지형지물에 따라 생기기도 합니다.
이렇게 슝슝 불어오는 시원한 바람은 상쾌할 뿐만 아니라 우리 생활에 필요한 전기를 얻는데 사용할 수 있답니다. 선풍기와 같이 커다란 날개가 바람에 의해 회전하면 터빈이 돌아가는 데요. 이때 전기가 발생하게 됩니다.
이렇게 발생된 전기는 친환경적이고, 무한하게 생산가능 하지만, 바람이 많이 부는 지역에만 풍력 발전시설을 설치 할 수 있고, 많은 공간을 차지하는 단점이 있어서 최근에는 바람이 많이 부는 해안에 설치하여 불편함을 줄이려고 하고 있습니다.
│ 공기만 있으면 배터리가?!
핸드폰에도 노트북에도, 자동차에도 꼭꼭 필요한 것이 있다면 바로 배터리인데요. 이러한 배터리 중 공기를 이용하는 것이 있다면 믿어지시나요?
공기 아연전지라고 불리는 이 배터리는 공기 중에 있는 산소와 수증기를 이용해서 전기를 발생시키는 원리입니다. 양극에는 산소와 수증기를 반응시켜서 수산화 이온을 만들고 음극에서는 이렇게 생긴 수산화 이온을 이용해서 아연과 반응시켜 전자를 만들어 내는데요. 이때 생긴 전자를 외부도선으로 흐르게 해주면서 전기를 만들어 내는 것입니다.
이렇게 공기를 이용해서 전기를 발생시키는 공기아연전지는 기존의 전지들보다 안정성이 뛰어나서 폭발할 위험이 적다는 장점과 전기를 발생시키는 동안 이산화탄소와 같은 기체를 발생시키지 않아서 친환경적이라는 장점이 있답니다. 또 배터리를 충전과 방전을 계속 할 수 있는 2차 전지 형태로도 가능하여서 미래의 배터리로 부각되고 있는데요. 현재 한가지 문제점이 있다면 비싸다는 것입니다. 양극에서 산소와 물을 수산화 이온으로 바꾸기 위해서 촉매를 사용하는데 이때 비용이 높은 백금을 사용하고 있어서 배터리 가격이 상당히 높아서 아직은 우리생활에서 보기가 힘들답니다. 그래도 많은 연구원 분들이 이를 해결하기 위해 계속 연구를 하고 있으니 가까운 미래에는 공기로 작동되는 배터리를 우리 생활에서 보는 날이 곧 오지 않을까요?
우리가 잘 모르고 있었던 공기의 다양한 역할 어떤가요? 해로운 자외선 차단도 해주고, 소리도 전달해주고, 시원한 바람뿐만 아니라 모바일 라이프에 필요한 배터리까지, 너무 많은 역할을 하는 공기, 지금부터라도 소중하게 깨끗하게 유지시켜줘야 하지 않을까요?
