우리는 일상생활에서 일과 에너지라는 단어를 많이 사용합니다.
또 과학에서 일(Work)과 에너지(Energy)가 생활에서 사용할 때와 다른 의미로 활용되는 것을 알고 있습니다.
그런데 이게 숫자로 적혀 있다 보니 딴세상 이야기처럼 느껴질 때가 많습니다.
오늘은 이 개념에 대해서 좀더 구체적으로 보여드리려고 합니다.
① 일과 1 뉴턴(N)
먼저 개념을 좀 살펴보겠습니다.
일을 정확하게 이야기 하려면 어떤 "대상의 상태를 변경하는 물리량"을 말하게 됩니다.
기준이 되는 단위를 뉴턴(N)이라고 하고 의미는
"1 ㎏의 질량을 가진 물체의 가속도를 1 ㎧를 변경하는 정도"를 1 N이라고 합니다.
② 에너지
"에너지는 일을 할 수 있는 능력"을 의미합니다.
테이블 위에 있는 공은 바닥으로 떨어질 수 위치에너지를 가지고 있다 할 수 있습니다.
떨어지는 행위, 일을 하고 나면 위치에너지가 소진됩니다.
조금 더 개념적으로는 가능성(퍼텐셜 : potential)이 있는 상태라고 할 수 있습니다.
차에 연료가 있으면 에너지를 가지고 있는 것이고 연료를 사용해서 이동하는 일을 할 수 있는 것입니다.
③ 에너지의 단위 1줄
1 N의 일을 하면서 1 m 이동하는 것에 필요한 에너지를 1 J이라고 합니다.
수식으로 나타내면 아래와 같습니다.
여기까지 어렵다고는 하기 어렵지만 "그래서 어느정도인가?"하는 부분이라면 의문이 생깁니다.
1 kg까지는 조금 감각이 있어도 1 N만큼은 어느정도인가? 하기 때문이죠.
하지만 개념적으로 1 N은 아주 작은 양인 만큼 현실에서는 예를 들어들이겠습니다.
④ 현실에서의 각종 에너지의 양
이 포스팅의 본론으로 들어가서 에너지의 양을 대략적으로 나타내 보겠습니다.
현실에 있는 각종 현상을 에너지로 나타내겠지만 상황에 따라 많이 다를 수도 있다는 점을 먼저 이야기 해둡니다.
1 J : 모기가 날아다니는데 사용하는 에너지
물론 시끄럽기는 엄청나지만 모기는 실수로 부딪이더라도 모를 정도이고 선풍기 바람에도 날아갑니다.
이 모기가 날아다는데 사용하는 에너지가 대략 1 J 정도입니다.
물론 죽을 만큼 사력을 다해서 더 날아갈 수는 있지만 몇 m 날아다니면 멈추게 됩니다.
10 J : 핸드폰(100g)을 들고 주머니에서 귀로 이동(1 m) 하는 에너지
요즘 스마트폰은 더 무겁습니다. 150 ~ 300 g 정도이며 이번에 예를 든 폰은 피쳐폰의 작은 휴대폰을 말하는 거에요.
아 그리고 이 폰의 전원버튼을 한번 누를 때 에너지가 약 1 J 정도 됩니다.
100 J : 1 ㎏ 짜리 물건을 1 m 들어올리는데 필요한 에너지입니다.
여기서부터는 사람이 알 수 있는 단위입니다.
다만 중력이 다름으로 지구에서 이야기고 달에서는 다릅니다.
500 J : 축구선수가 약간 빠른 패스(30 ㎞/s)를 할때의 에너지입니다.
찰 때 그 순간 사용하는 에너지를 이야기 합니다. 차는 방식에 따라서 달라질 수 있습니다.
1,000 J : 계단을 한칸 올라가는 에너지
이제 1 kJ의 단위입니다. 굉장히 대략적인 값입니다.
왜냐면 사람의 질량이나 계단의 높이가 다르기 때문이죠.
보통 그렇다고 생각하면 됩니다.
10,000 J : 전자렌지가 10 초 동안 사용하는 에너지
전자제품이 일상적으로 얼마나 에너지를 많이 쓰는지, 좀 절약해야 합니다.
요즘 전자렌지는 출력을 조절할 수 있기는 하지만 1000 W를 기준으로 합니다.
100,000 J : 보통 성인 남성이 30초동안 전력질주 하는 데 사용하는 양
물론 사람을 달리게 되면 심장도 빠르게 뛰고 체온도 올라감으로 더 많은 에너지를 소모하게 됩니다.
그저 달리기에 사용되는 에너지만 따지만 그렇다는 것입니다.
1,000,000 J : 햄버거 하나의 에너지.
옵션 없는 가장 작은 햄버거를 의미합니다.
어떤 햄버거 가계에서 가장 작은 버거를 사면 이정도입니다.
먹는 것에 에너지는 무섭습니다.
3,200,000 J : 1기압에서 상온 25 ℃의 1 ㎏ 물을 100 ℃로 끓이는데 필요한 에너지
물 하나 끓이는데 참 많은 에너지가 소요됩니다.
누가 따뜻한 물을 준다면 이제 고맙게 먹어야 하겠죠.
⑤ 큰 에너지의 예시
일상에서 알아볼 수 있는 에너지는 위에서 소개한 스케일입니다.
영화에서 많이 나오는 폭탄의 대명사인 TNT(삼염화톨루엔) 같은 큰 에너지는 단위가 달라집니다.
TNT 1 ㎏만 해도 4.184 MJ = 4.184 x 106 J입니다.
위에 나온 예로 들면 1 ㎏ 만해도 그냥 십 수어키로의 물을 한순간에 증발시키는 거니 직격으로 맞으면 큰 에너지입니다.
그리고 일반적인 폭탄 보다 훨신강한 핵폭탄은 상상도 못할 에너지를 가지고 있습니다.
히로시마에 투입된 리틀보이의 경우 15 킬로톤(kT)의 에너지를 가지며,
J로 나타내며 62.76 TJ = 6.276 x 1010 J입니다.
감히 상상할 수 있는 양이 아니죠.
알려진 바 현 최강의 핵폭탄인 차르봄바는 이 에너지도 차원이 다릅니다.
무려 2.092 x 1017 J인 209.2 페타줄(PJ)이라는 단위를 사용해야 합니다.
세상이 무너지는 것 같은 에너지이죠. 부디 영원히 사용하지 않았으면 좋겠습니다.
