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세상을 움직이는 힘,
‘에너지’를 읽는 중학 과학의 기초 지식

러시아가 우크라이나와 전쟁을 벌이면서 전 세계는 큰 타격을 받았습니다. 원유와 천연가스 가격이 크게 오르면서 전 세계 물가가 치솟았습니다. 두 나라의 분쟁이 왜 이렇게 큰 파장을 일으켰을까요? 답은 간단합니다. 러시아는 최대 천연가스 수출국이자 세계 3위의 원유 수출국이기 때문입니다. 특히 유럽은 천연가스의 절반가량을 러시아에서 공급받고 있었습니다. 그런데 러시아가 벌인 전쟁에 유럽 국가들이 반기를 들자, 러시아는 석유와 천연가스 수출을 제한했습니다. 공급이 줄자 석유와 천연가스의 가격이 치솟은 것입니다.

이처럼 에너지는 우리 일상에 큰 영향을 미치고 있습니다. 석유와 천연가스, 석탄을 비롯한 화석연료부터 전기에너지와 원자력에너지, 이를 대체할 재생에너지까지 각종 에너지의 개념과 원리를 이해하면 우리 사회를 움직이는 원동력을 이해할 수 있습니다.

1 : 손에 쏙 들어오는 ‘한 권’의 책으로
1 : 융합학문의 기초인 ‘교과 개념 하나’를
8 : ‘여덟 가지 핵심 질문’으로 탄탄하게 마스터


중학교 교육의 목표는 기본 개념을 제대로 이해하는 것입니다. 《단번에 개념 잡는 에너지》는 중학교 과학 시간에 다루는 에너지에 관한 개념들을 여덟 가지 질문에 따라 일목요연하게 정리하고, 이를 친절하게 설명해 줍니다.

인간은 도구를 이용해 신체적 한계를 극복해 왔습니다. 그 도구를 움직이는 힘은 바로 에너지입니다. 어떤 에너지를 어떻게 활용하는지에 따라 역사는 바뀌었습니다. 불을 사용하면서 인간은 다른 동물들과 구분되었고, 화석연료를 활용하면서 산업혁명이 시작되었습니다. 전기에너지와 원자력에너지는 이전과는 전혀 다른 세계를 만들어 냈고요. 기후위기에 처한 현재, 우리는 과거에 사용한 에너지와는 다른 새로운 에너지를 찾아야 합니다. 지금 세계가 주목하는 새로운 에너지원은 무엇일까요? 이를 알면 앞으로 우리가 어떻게 살아가게 될지 미래를 예측할 수 있습니다.

이 책은 에너지란 무엇이고 어떻게 물체를 움직이는지에 관한 가장 기본적인 개념에서부터 출발합니다. 시작은 아주 가볍지만, 이 책은 에너지가 어떻게 지구를 움직여 왔으며, 역사를 어떻게 바꾸었고, 앞으로 우리가 어디로 나아가야 하는지 그 방향까지 보여 줍니다. 과학이 어렵고 막연히 두려웠던 과포자, 과알못에게 에너지에 관한 기본 개념들을 쉽고 명쾌하게 설명하는 책입니다.
‘단번에 개념 잡는’ 시리즈를
○○○에게 추천합니다!

1. 선행학습으로 기초 지식을 미리 다잡고 싶은 ○○○
2. 더도 말고 중간(성적 중위권)은 확실하게 잡고 싶은 ○○○
3. 기본이 약하다는 소리를 자주 듣는 ○○○
4. 방학을 알차게 보내기 위해 추천도서가 필요한 ○○○

들어가며

1. 에너지란 무엇인가요?
일의 과학적 정의 / 산업혁명에서 비롯한 일률이라는 단위 / 도구의 발명 / 일과 에너지의 전환

2. 에너지는 어떻게 물체를 움직이나요?
물체의 빠르기, 속력 / 움직이는 물체의 운동에너지 / 봅슬레이로 보는 일과 운동에너지 / 지구 중력 가속도, 9.8m/s2 / 중력에 의한 위치에너지 / 에너지의 전환과 보존

3. 우리 일상에서는 어떤 에너지를 주로 쓰나요?
온도와 열에너지의 이동 / 열기관과 열효율 / 전하가 만드는 전기에너지 / 자석이 만드는 자기에너지 / 영구 자석으로 만드는 전기에너지 / 화학 반응으로 만드는 화학에너지

4. 지구에서 에너지는 어떻게 순환하나요?
지구계를 구성하는 다섯 가지 요소 / 자연 현상을 일으키는 근원 에너지 / 피나투보 효과의 원리 / 지구계의 에너지 흐름 / 태풍도 쓸모가 있다고?

5. 인류는 에너지를 어떻게 이용해 왔나요?
금속 문명의 시작 / 1차 산업혁명: 동력 혁명 / 2차 산업혁명: 전등과 수많은 생활필수품의 발명 / 3차 산업혁명: 컴퓨터의 등장, 지식정보 혁명 / 4차 산업혁명: 인공지능과 빅데이터 / 산업혁명의 핵심 에너지원, 화석연료

6. 점차 고갈되는 에너지도 있나요?
인류와 석유의 만남 / 석유의 다양한 분류 / 천연가스의 발견 / 천연가스의 용도와 가격 / 석유와 천연가스의 생성 조건 / 석유 매장량이 늘어나고 있다고?

7. 원자력에너지는 환경오염을 막을 수 있나요?
원자의 개념과 구성 요소 / 방사성 동위원소 / 핵분열의 과정 / 원자력에너지와 탄소 중립을 위한 준비 / 평화적 핵 이용을 위한 약속

8. 미래에는 어떤 에너지가 새로 개발될까요?
신에너지 / 재생에너지

참고자료

아폴로 15호를 타고 달에 도착한 우주인들은 달에 도착한 직후, 망치와 깃털을 동시에 바닥에 떨어뜨리는 실험을 수행했습니다. 그리고 그 실험을 한 까닭을 밝혔습니다. 낙하하는 물체에 대해 중요한 발견을 한 갈릴레오의 생각을 증명할 수 있는 유일한 곳은 달이며, 이보다 좋은 곳은 없다고요. 마침내 깃털과 망치가 바닥에 동시에 도달하는 것을 본 우주인들은 갈릴레오가 옳았다고 외쳤습니다. _50~51쪽

화학에너지는 원자나 분자 들이 상호작용하면서 화학 변화를 일으킬 때 발생하는 에너지를 의미합니다. 화학에너지는 인류가 가장 오랫동안 사용해 왔고, 현재도 가장 많이 사용하고 있는 에너지입니다. 나무나 기름, 석탄, 석유 같은 연료가 불에 붙으면 공기 중의 산소와 반응해 타오르는데, 그러면 연료에 저장되어 있던 화학에너지가 열에너지나 빛에너지 등으로 형태가 바뀝니다. 이때 발생하는 열을 이용해 전기를 생산해 낼 수 있습니다. _80쪽

화산 폭발로 인해 지구의 기온이 낮아지는 현상을 가리켜 피나투보 효과라고 합니다. 당시 필리핀에는 피나투보 화산 폭발에 더해 태풍까지 이어져 피해 규모는 더 커졌습니다. 화산재와 대기 중 습기가 만나 지표면으로 떨어지면서 가옥들이 무너져 900여 명이 죽었고, 이재민도 25만 명이나 생겼습니다. 이처럼 지구에는 많은 변화가 일어나고 있고 이 변화들은 우리 생활에 직간접적으로 많은 영향을 끼치고 있습니다. 그리고 이러한 변화의 중심에는 에너지가 있습니다. _88~89쪽

화석연료를 엄청나게 사용하면서 지구의 탄소 순환에 이상기류가 나타나고 있다는 문제가 있습니다. 생물이 호흡할 때 이산화 탄소가 배출되듯이 화석연료가 연소될 때도 이산화 탄소가 발생합니다. 과거에 탄소는 숲과 해양, 대기권과 교류하면서 균형 잡힌 순환 체계를 만들어 갔습니다. 하지만 현대 인류는 막대한 에너지를 사용하며 탄소를 과도하게 배출하고 있고, 이제는 숲과 해양이 해결하기에는 역부족인 상황에 도달했습니다. _123~124쪽

가스전에서 기체 상태의 가스를 추출해 파이프라인을 통해 직접 공급하는 가스가 PNG입니다. 대표적으로 러시아가 유럽 국가들에게 이런 방식으로 가스를 수출하고 있습니다. 우크라이나와 전쟁을 벌인 러시아와 유럽 국가의 관계에 묘한 기류가 흐르게 된 까닭도 러시아가 PNG 수출을 규제하고 있기 때문입니다. _138쪽

핵은 붕괴하기도 하지만 융합하기도 하며, 핵분열과 핵융합 두 반응 모두에서 막대한 에너지를 방출합니다. 이 과정에서 방출되는 에너지는 핵반응 과정에서 줄어든 질량 때문이라는 것을 아인슈타인의 질량-에너지 등가 원리에 따라 설명할 수 있게 되었습니다. 이 관계식(E=mc2)은 보기엔 단순하지만, 핵이 어떻게 그렇게 큰 힘을 발휘하는지 그 원리를 이해할 수 있게 해 주었습니다. _158쪽

수소 자동차는 백금을 촉매제로 사용하는 연료전지를 사용합니다. 그런데 백금이 비싸다 보니 다른 물질로 촉매제를 대체하려는 연구들이 진행되고 있습니다. 자동차를 운행하는 데 배기가스로 수증기(물)이 나온다면 정말 좋겠죠? 오염물질이 생성되지 않을뿐더러 재료로 사용되는 수소나 산소가 고갈될 염려도 없으니 빨리 수소 자동차가 대중화되기를 바라는 사람들이 많습니다. _174쪽