3K에서의 수소분자의 운동속력은 약 193m/sec입니다.

[주남식]

온도가 3K인 우주공간에는 가장 가벼운 원소인 수소가 존재합니다.

아무런 물질도 없는 공간은 온도표시의 의미가 없습니다.

직경250mm인 터빈(AE250-10 F... )을 약7390rpm으로 회전하면 3K인 수소분자의 운동에너지가 터빈에 전달되며 이 에너지로 전기를 생산할 수도 있습니다.

남극의 밤의 공기도 200K(이때 분자량이 28인 질소분자의 운동속력은 약422m/sec임)나 되는데 지구에서 사용할 에너지를 3K인 우주공간에서 꼭 끌어와야 된다는 말씀을 하시지는 않겠죠.

그러나 우주공간을 여행할 때에는 3K인 수소를 에너지원으로 하여 추진력 등 여행에 필요한 에너지를 충분히 얻어낼 수 있습니니다.

이 에너지를 사용할 수 있는 엔진을 우주선에 장착하면 연료를 가지고 가지 않아도 우주공간에 있는 에너지를 이용하면서 마음대로 여행할 수 있습니다.

3K인 우주공간에도 풍부하게 존재하는 우주선 [宇宙線, cosmic rays]의 사용기술에 대해서도 보충설명을 해야 하나요?

157	팽창터빈 직경계산 프로그램

냉매	화학식	분자량	1기압      비등점(' c)	냉매 Vapor  온도('c)	분자속도 (m/sec)	팽창기  ( rpm)	팽창기 선속도(m/sec)	팽창기 Dia.(mm)
질소	N2	28.0	-196	-73	422.0	5375.6	211.0	750.0
물	H2O	18.0	100	10	626.1	23926	313.0	250.0
수소	H2	2.0	-252.87	-270	193.4	7390.2	96.7	250.0
헬륨	He	4.0	-268.93	-270	136.7	5225.7	68.4	250.0

http://100.empas.com/dicsearch/pentry.html?i=1663020

우주선 [宇宙線, cosmic rays]

인쇄하기   내 블로그에 담기

카테고리

• 순수과학 > 물리학 > 물리일반

개요

지구 밖에서 비롯되는 고에너지 방사선. 지구대기에 돌입하기 이전의 우주선을 1차우주선이라 하고, 그것이 지구의 대기나 땅에 충돌하여 발생되는 것을 2차우주선이라 한다. 〔우주선의 연구사〕 19세기 말에 방사능이 발견되 후 얼마 되지 않아서, 두꺼운 벽으로 둘러싸더라도 없어지지 않는 방사능의 존재가 확인되었다.

본문

지구 밖에서 비롯되는 고에너지 방사선. 지구대기에 돌입하기 이전의 우주선을 1차우주선이라 하고, 그것이 지구의 대기나 땅에 충돌하여 발생되는 것을 2차우주선이라 한다. 우주선의 연구사 19세기 말에 방사능이 발견되 후 얼마 되지 않아서, 두꺼운 벽으로 둘러싸더라도 없어지지 않는 방사능의 존재가 확인되었다. 방사능은 지상에서 높이 올라가도 그다지 약해지지 않을 뿐 아니라, 기구(氣球)를 사용하여 관측한 결과 1㎞ 이상의 고도에서는 높이 올라갈수록 더 강해진다는 것을 알았다. 1912년 이러한 관측에 성공한 V.F. 헤스는 이 방사능이 고공에서 오는 투과성이 강한 방사선에 의한 것이라는 결론을 내림으로써 최초로 우주선을 발견하였다. 27년에는 계수관(計數管)과 안개상자가 우주선 관측에 이용되어, 지상에 쏟아져 내리는 우주선의 대부분이 고에너지의 하전입자(荷電粒子)라는 것이 판명되었다. 또 지구자기위도가 낮을수록 우주선의 세기가 증가한다는 것이 관측되어, 지구에 입사되는 1차우주선도 지구자기에 의해 휘어지는 하전입자라는 것이 확인되었다. 또한 동서 방향의 세기의 차이로 보아 그 전하의 부호가 양(＋)이라는 결론이 내려졌다. 1차우주선은 지구대기와 충돌하여 2차우주선을 발생시킨다. 안개상자로 관측된 우주선의 비적(飛跡)을 연구하여 32년에 양전자, 37년에 중간자가 발견되었다. 우주선의 여러 성분 에너지는 그 무렵의 인공에너지보다 훨씬 높았고, 고에너지의 상호작용과 소립자를 연구하는 데 유력한 수단을 제공했다. 우주선의 중간자는 일본의 유카와 히데키[湯川秀樹]가 예언한 중간자라고 생각되었으나, 연구가 진척됨에 따라 둘 사이의 차이가 발견되었다. 42년에 핵력(核力)을 매개하는 중간자와 우주선의 중간자는 별개의 것이라는 설이 발표되었고, 47년에 C.F. 파웰 등이 무거운 중간자가 가벼운 중간자로 붕괴되는 것을 관측함으로써 2중간자론을 확증하였다. 또 이 무렵부터 다시 무거운 중간자나 핵자(nucleon)보다 무거운 하이퍼론(hyperon)이 차례로 발견되어 소립자의 다양성이 확인되었다. 이것을 이해하기 위해 53년 소립자를 특징짓는 양자수 스트레인지니스가 나카노 다다오·니시지마 가즈히코[西島和彦] 등에 의해 도입되었다. 한편 1차우주선에 관해서는 1937년 무렵부터 우주선의 세기와 지구자기의 변동 사이에 상관관계가 있음이 알려졌으며, 42년에는 태양에서도 우주선이 발생한다는 사실이 발견되었다. 이들 현상의 연구로 행성간 공간에 흐트러진 자기장은 태양풍에 수반되어 방출된다는 것이 밝혀졌다. 우주선의 대부분은 은하계 기원으로 성간자기장에서 포착되며 가속된다고 하는 설이 49년에 E. 페르미에 의해 제창되었다. 또 52년에는 우주선이 성간물질(星間物質)과 충돌하여 중간자를 발생시키고, 그 붕괴로 전자와 선이 생긴다는 것을 하야카와 사치오[早川幸男] 등이 예언하였다. 53년에는 고에너지 전자가 성간자기장 내를 운동하면 전파와 빛이 복사된다는 것이 I.S. 슈클로프스키와 V.L. 긴츠부르크의 연구로 밝혀져 은하전파의 기원이 해명되었다. 상단으로 가기 1차우주선 주성분은 양성자이며, 핵자당 에너지수가 GeV(1GeV=10 eV)인 영역에서 비교한 주요 원자핵의 상대세기를 〔표 1〕에 나타냈다. 이 조성은 에너지와 더불어 느리게 변화한다. 양성자 및 α입자의 에너지스펙트럼을 〔그림 1〕에 나타냈다. 양성자는 지구의 자기장에 의해 휘어지기 때문에 어느 한도 이하의 에너지는 지구에 입사되지 않는다. 연직방향으로 입사할 수 있는 에너지의 하한에 대응되는 지구자기위도도 〔그림 1〕에 나타냈다. 무거운 원자핵에 대해서는 핵자당 한계운동량이 약 1/2이 된다. 또 〔그림 1〕에는 전자의 에너지스펙트럼을 나타냈다. 100MeV 이하의 성분은 목성의 자기권에서 가속된 것이다. 이들 입자의 세기는 태양의 활동에 따라 변동된다. 변동은 수MeV이하에서 강한데, 〔그림 1〕에는 태양활동이 극소인 때의 세기를 나타냈다. 태양활동이 활발해지면 태양에서 방출되는 자기장 때문에 우주선이 밀려나며, 활동이 극대인 때에는 1GeV이하의 세기가 약 절반이 된다. 에너지가 높아지면 스펙트럼은 에너지 의 멱함수로 표시된다. 즉 에너지 이상의 입자의 세기를 K 로 표시하면 K, α, 의 값은 세 에너지영역에서 〔표 2〕와 같이 나타낼 수 있다. 10 eV 이상에서는 α가 작아진다. 지금까지 관측된 최고에너지의 우주선은 약 10 eV로 추정된다. 우주선원(宇宙線源)에 대해서는 여러 가지가 거론되고 있으나, 초신성(超新星)과 같은 천체의 강력한 폭발이라고 보는 견해가 유력하다. 급격한 에너지의 방출로 충격파가 발생하고, 입자가 그 파면(波面)에 부딪치면 가속된다. 가속에 작용하는 힘은 전자기력이기 때문에, 이온화에너지가 낮고 이온화되기 쉬운 원소일수록 가속되기가 쉽다. 초신성의 폭발 외에도 강한 성풍(星風)을 일으키는 별, 강한 전자기파를 복사하는 펄서, 고속제트를 방출하는 활동적인 은하핵 등을 유력한 우주선원으로 본다. 상단으로 가기 대기 속의 우주선 1차우주선의 주성분인 양성자와 α입자는 공기 중의 질소나 산소의 원자핵과 충들하여 핵파괴를 일으킨다. 이로 인해 원자핵을 구성하는 양성자·중성자 및 가벼운 원자핵이 흩어져나감과 동시에 입사에너지가 충분히 높으면 중간자가 발생한다. 발생하는 중간자의 대부분은 중간자이고, K중간자의 수는 의 약 20％이다. 의 2/3는 전하를 띠고( ), 1/3은 중성( )이다. K중간지는 양전하(K ) 및 중성(K )인 것의 양이 거의 비슷하며, 음전하(K )인 것은 적다. 이들 중간자는 불안정해서 2 K K 등의 과정을 거쳐 붕괴된다. 평균수명 은 정지입자(靜止粒子)에 대한 것이기 때문에, 질량 인 입자가 전체에너지 로 움직이고 있을 경우에는 상대성이론의 효과에 의해 평균수명이 으로 연장된다. 이 때문에 10 GeV 이상이 되면 붕괴되기 전에 공기핵과 충돌할 확률이 높아진다. 붕괴로 인해 생긴 는 중간자를 나타내고, 는 에 수반되는 중성미자인 반중성미자(antineutrino)를 나타낸다. 의 붕괴에서는 어미입자의 에너지가 약 3:1의 비율로 2딸입자에 주어진다. 은 즉시 2개의 선으로 붕괴된다. 는 원자핵과 충돌할 확률이 적고, 대부분은 이온화에 의해 에너지를 잃는다. 에너지가 낮은 는 의 과정으로 붕괴된다. e 는 양전하·음전하의 전자를 표시하며, 는 전자에 수반되는 중성미자인 반중성미자를 나타낸다. 선은 공기원자와 충돌하여 음·양의 전자쌍을 만든다. 전자는 원자와 충돌하여 원자핵의 전기장에서 휘어질 때에 선을 낸다. 이 선이 또 전자쌍을 만들어 전자와 선이 증식되고, 전자의 이온화에 의한 에너지 손실이 심해지면 증식을 멈춘다. 이처럼 전자와 선은 서로 전이하고 또 일체를 이루고 있기 때문에 이들을 통틀어 전자성분이라고 한다. 증식 과정은 원자번호가 높은 물질 중에서 빈번하게 일어나는데, 입사전자성분의 에너지는 빨리 세분되기 때문에 납 같은 무거운 물질중에서는 흡수가 격해진다. 따라서 전자성분의 대부분은 흡수가 격한 연성분(軟成分)에 속한다. 이에 비해서 는 질량이 크기 때문에 전기장에서 잘 휘어지지 않으며 선을 내는 확률이 낮은데, 에너지가 높으면 물질을 통과하기 때문에 경성분(硬成分)에 속한다. 중성미자는 거의 자유로이 물질을 통과하기 때문에 검지(檢知)하기가 매우 힘들다. 핵자가 원자핵과 충돌할 때 절반 정도의 에너지가 중간자 등의 2차입자에 주어진다. 남은 핵자와 발생된 핵자·중간자는 원자핵과 충돌한다. 이처럼 핵자· ·K는 일체가 되어 증식하기 때문에 이들을 통틀어 핵성분이라고 한다. 핵성분도 에너지가 세분되어 약해지면 증식능력을 잃고 흡수된다. 이상의 여러 과정을 정리하면 〔그림 2〕와 같이 나타낼 수 있다. 또한 에서 전자성분으로 가는 과정에는 붕괴 외에도 원자에 의해서 전자가 튀어나가는 과정이 있다. 이러한 과정에 따라 대기 중에서 각 성분이 소멸되거나 신장하는 것을 〔그림 3〕에 나타냈다. 여기에서 경성분과 연성분은 납 10㎝를 관통할 수 있는가의 여부를 기준으로 하여 구분했다. 이 그림은 연직방향의 세기를 대기의 깊이에 따라서 나타낸 것이다. 지상에서의 경성분은 천정각(天頂角) θ에 대하여 cos²θ의 분포를 보이며, 연성분은 좀더 급한 분포를 나타낸다. 위의 반면에 대하여 적분한 세기는 다음과 같다. (전체)=2.4×10 ㎝ s (경성분)=1.7×10 ㎝ s 세기의 고도변화는 지구자기위도에 따라 다르다. 〔그림 4〕에는 네 위도에서의 이온화세기의 고도변화를 나타냈다. 상단으로 가기 고에너지우주선 아주 높은 에너지를 지닌 핵자가 원자핵과 충돌하면 많은 중간자가 발생되기 때문에 핵성분이 격하게 증식한다. 핵성분에서 생긴 의 붕괴에 따라 생긴 선도 증식에 의해 많은 전자성분을 만든다. 이렇게 해서 하나의 1차우주선이 각종 입자의 집합이 되어 대기 중에 샤워모양으로 내린다. 입사에너지를 (GeV)라고 하면 극대입자의 수는 약 0.5 이다. 발생하는 고에너지 는 지하 깊은 곳까지 도달한다. 에너지 (＜10 GeV)의 는 약 5×10 g㎝ 의 깊이까지 도달한다. ＞10 GeV)에서는 선이나 전자쌍 발생에 의한 에너지 손실을 무시할 수 없게 되고, 5×10 g㎝ 보다 더 깊어지면 중성미자가 만드는 가 주된 성분이 된다.

Re:답변입니다.
번호: 3238	글쓴이: bluebirch	조회: 0	날짜: 2005/02/18 14:23

잘 지적하셨습니다.

총에너지는 일정합니다. 그리고 님의 전제는 모든 열이 다시 재활용될 수 있다는 것입니다.

그래서 열역학2법칙은 깨진다 입니다.

질문하신 내용 "열로 못 쓰게 되는 에너지를 하나라도 말해달라"에 대한 답은 이미 드렸습니다. 제 글을 역시 제대로 안 읽으셨군요.

공기엔진이 일을합니다. 집을 짓고 형광등을 밝힙니다. 그리고 여기에 쓰이는 에너지는 어떤 식으로든 열에너지로 변해 일부 공기엔진에 재활용됩니다. 그리고 일부는 우주로 날아갑니다.

왜 날라가냐구요? 그 이유는 바로 아실수 있습니다. 바로 인공위성에서 본 지구가 보인다는 것이 단적인 이유가 됩니다. 태양이 진 태양 반대 편의 지구로 가면 지구에서 나오는 빛이 안 보인다구요? 적외선 카메라로 찍어 보십시오. 지구는 일정량의 온도를 가지고 있고 열은 적외선의 형태로 우주로 에너지를 날려 보냅니다.

우주의 온도는 3K입니다. 그리고 지구의 온도는 남극의 밤이라도 200k입니다. 이 차이에 의한 전자기파 형태의 혈의 복사가 일어 납니다.