• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제3회(2014년)
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• pp.311-323
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• 2014

분자동역학 모의실험을 이용하여 간단한 van der Waals 상호작용하는 이성분 혼합물 계의 섞임 자유에너지 및 섞임 엔트로피 등 섞임과 관련된 열역학 함수들을 계산하는 방법을 소개한다. 각 혼합물의 과잉 자유에너지는 열역학 적분 (thermodynamic integration)방법을 이용하여 계산하고, 이성분 혼합물의 섞임 관련 열역학 함수들은 Hess의 법칙을 확장함으로써 구한다. 계산 결과로부터 온도가 증가할수록 계의 섞임 Helmholtz 자유에너지는 감소하며, 섞임 내부에너지도 감소함을 알 수 있다. 섞임 엔트로피는 온도가 증가할수록 이상기체의 섞임 엔트로피에 접근함을 알 수 있다. 섞임 Helmholtz 자유에너지에 대한 섞임 내부에너지와 섞임 엔트로피 기여도를 조사한 결과 이 계의 섞임 과정을 주도하는 추진력은 엔트로피에 의한 것임을 알 수 있다. 본 연구 방법과 결과를 이용함으로써 학부생들이 혼합물의 열역학 성질을 이해하는데 도움을 주리라 기대한다.

• 오토저널
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• 제7권4호
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• pp.1-8
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• 1985

인류에 필수불가경한 에너지는, 석유, 석탄과 같은 화석연료에 의한 염에너지와 수력, 조력, 파력, 풍력 등의 비열에너지가 있으나, 에너지이용량중 열에너지가 절대적 우위를 점하고 있다. 열에너 지는 전기한 화석연료 뿐만 아니라, 태양집, 태양열발전소와 같은 태양열에너지의 직접이용, 핵에 너지의 열에너지전환, 지열, 해수의 온도차이용등, 열에너지는 다량하면서 막대한 에너지량을 보 유하고 있는 실정이지만, ㅈ로 석유자원에 의존하여 온 것이 현상이다. 그러나, 1970년대 초기에 엄습한 석유파동이래, 세계적으로 에너지위기감에 사로잡혀, 세계각국은 탈석유화에 따른 에너지 의 다양화와 에너지절약이 감소되게 되었다. 연료절약에 관하여 말하면, 에너지이요의 효율화를 적극적으로 도모함에 있어서 열에너지이용에 관한 평가방법에 새로운 검토가 가해져서, 더 합 리적인 평가방법의 확립이 필요하게 되었다. 이를 위해서는 종래의 열역학 제1법칙에 의한 열 에너지의 양적평가 뿐만 아니라, 열역학 제2법칙에 의한 질적평가의 중요성이 인식되어, 유효에 너지(available energy) 또는 엑세르기(Exergie)의 개념이 위상되고 있다. 물론 이 개념을 적용 하여 열역학 제2법칙에 의한 해석에 따른 일정산(heat balance)에 있어서 전혀 새로운 결과가 얻어지는 것은 아니지만, 지금까지는 열정산에 있어서 열역학 제1법칙에 의한 평가방법만이 강 조되어, 열역학 제2법칙에 의한 평가방법은 거의 도외시되어온 것이 실정이며, 우리나라에서 발 간되는 열역학에 관한 도서에서도 이에 관한 검토 내용이 거의 찾아볼수 없거나, 가령 언급된 것이 있다 하더라도 그 내용이 간략하여 그 중요성이 경시되어온 것이 사실이다. 그러나 열역학 제2법칙에 의한 에너지정산에 의하여, 제1법칙에 의한 것보다 열에너지의 합리적이고 또한 유 효한 과학적평가가 가능하게 되어, 장치나 기기의 개선에 구체적이면서 합리적인 지침이 주어 지게 된다. 그리하여 이들 개념과 방법의 소개가 필요하다고 생각되어, 지금부터 우리들이 잘 아는 용어를 사용하여 해설을 서로 하기로 한다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제2회(2013년)
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• pp.89-100
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• 2013

생물정보학의 다양한 이론적 내용과 계산적 방법들이 갈수록 전문화 되어짐에 따라 신약 개발, 신 물질 합성, 단백질의 구조 예측 등 다양한 분야에서 필요성이 커져가고 있다. 이 중 molecular docking 기술은 단백질과 특정 분자간의 결합 형태를 분자 모델링 기법을 통해 알아내는 방법이며 신약개발 연구에 큰 영향을 미치고 있다. Molecular docking을 통하여 분자간의 결합 형태를 예측하는 과정에서 Protein-ligand complex의 정확한 에너지 측정을 가능하게 하는 scoring function이 필요하다. 그런데 본 연구에서 사용한 B-Raf kinase protein 은 active site 부분에서 ligand와 receptor 간에 aromatic ring로 인한 ${\pi}-{\pi}$ interaction이 정확한 에너지 계산을 어렵게 한다. 이러한 ${\pi}-{\pi}$ interaction 부분의 에너지를 정확하게 계산하기 위해 양자역학 계산을 실시하였다. Active site 부분에서 ligand와 receptor에서 발생하는 각각 다른 5개의 ${\pi}-{\pi}$ interaction 구조를 준비하여 Gaussian을 통해 양자역학 에너지를 계산하였다. 그리고 이러한 결과 값들이 ligand의 활성 값과 어떤 상관관계를 갖는지 살펴보았다. 그 결과 ${\pi}-{\pi}$ interaction을 양자역학으로 계산한 값이 그렇지 않은 것보다 더 좋은 상관관계를 보여주었다. 이는 특별한 구조의 영향으로 ligand와 receptor 간의 결합에너지를 정확하게 계산하기 어려운 문제에서 양자역학을 적용할 경우 더욱 좋은 결과값을 얻을 수 있었다. 또한 이러한 데이터가 신 물질 개발이나 신약 개발 등의 다양한 분야에서 계산화학 방법이 신뢰성을 얻는데 도움 될 수 있다고 생각된다.

• 한국실천공학교육학회논문지
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• 제2권1호
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• pp.146-153
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• 2010

ET 헬스기구에서 적용되는 이론은 공학교육에 좋은 예제가 될 수 있다. 물리교육학적 고찰에 의한 역학적 및 열적 에너지 소비량을 측정하여 에너지 소비량과 근육활성도의 관계, 운동량과 에너지 소비량의 관계, 그리고 에너지 소비량과 대사 소비량의 관계를 알아보았다. 에너지 소비량과 근육활성도의 조사에서 단시간동안 체중감량을 위해서는 고속으로 운동하는 것이 효과적이지만 근육활성도를 높여 기초 대사량을 높이기 위해서는 저속도 운동이 효과적이었다. 운동량과 유산소 에너지 소비량의 조사에서는 ET를 사용하여 유산소운동을 할 경우 효과가 높음을 알 수 있었고 유산소운동을 함으로써 체중을 줄이는 것이 효과적임을 알 수 있었다. 에너지 소비량과 대사 소비량의 조사에서는 고속으로 ET운동하여 체중은 더 줄어든다 하더라도 역학적에너지 소비율은 저속일 때와 별로 차이가 없었다.

• 에너지협의회보
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• 통권68호
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• pp.4-13
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• 2004

• 한국과학교육학회지
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• 제24권3호
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• pp.499-518
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• 2004

본 연구에서는 학술자들이 역학적 에너지에 대하여 배우는 동안 과학지식 교과서 내 물리지식에 대한 인식론적 신념과 앎에 대한 인식론적 신념사이의 관계를 새롭게 규명하고 역학적 에너지와 위치에너지의 기초개념에 대한 변화과정을 정성적인 방법으로 살펴보았다. 연구를 진행하면서 6명의 대학생을 참여자로 선정하였으며, 과학지식 교과서 내 물리지식에 대한 인식론적 신념과 앎에 대한 인식론적 신념사이의 관계는 다음과 같이 세 개의 범주로 분류하였다: 권위에 의해 물리지식을 받아들이기, 교사에 대한 인식에 의해 물리지식을 받아들이기, 과학지식은 인간의 다양한 사고의 산물이라는 인식에 의한 이해. 과학지식이 다양한 인간사고의 산물임을 인식하는 참여자가 초인지활동을 활발하게 하였으며 역학적 에너지의 값에 대하여 과학적 개념을 갖고 있었다. 그러나 그 외 범주에 속하는 참여자들은 수업시간에 초인지 활동을 활발하게 하지 않아 수동적이었으며 역학적 에너지의 값에 대하여 비과학적 개념을 갖고 있었다. 위치에너지를 포함하여 역학적 에너지의 값에 대하여 비과학적 개념을 가진 참여자들의 개념변화과정을 살펴보면, 과학 지식에 대한 인식론적 신념과 에너지의 정의가 대안적 개념을 유지하게함을 볼 수 있었다. 참여자가 위치 에너지의 옴의 값에 대한 대안적 개념을 극복하는데 과학 지식의 도구적 성질을 이해하고 공식을 물리적 현상과 연결 지어 생각하는 것이 중요한 역할을 하였다.

• 한국운동역학회지
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• 제19권4호
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• pp.697-705
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• 2009

본 연구의 목적은 여성고령자들에 있어 젊은 여성과 비교해 Sit-to-Walk동작 시 낙상의 간접적인 요인이 될 수 있는 역학적 에너지를 비교분석 하는 것이다. 여성고령자 그룹 10명과 젊은 여성 그룹 10명이 본 연구를 위해서 참여하였고, 적외선 카메라와 두 대의 지면반력기를 통하여 역학적 에너지를 분석한 결과는 다음과 같다. 근 파워는 각속도와 근 모멘트의 변화에 따라 고관절의 무릎 및 고관절의 신전 국면시 두 그룹 모두 낮은 음의 일률을 보였고, 특히 고령자그룹에 더 낯은 음의 일률을 보였다. 역학적 에너지 일량에 있어서도 무릎관절과 고관절은 무릎 및 고관절 신전 국면에서 두 그룹 모두 음의 일량을 보였고, 특히 고관절은 전체국면에서 고령자 그룹에 있어 더 낮은 음의 일량을 보였다. 이러한 결과는 STW동작 시 고관절 대퇴근의 약화로 인한 에너지 손실(dissipation)은 고령자들의 낙상의 위험요소를 간접적으로 보여주는 것이라 여겨진다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.42-42
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• 1999

본 연구에서는 극 저 에너지 이온 주입에 관한 연구를 위하여 새로이 제안된 PLDAM(phenomenological local damage accumulation model)을 효과적인 분자동역학 이온 주입 분포 계산 방법(highly efficient molecular dynamics (MD) schemes)에 적용하여 극 저 에너지 이온 주입에 관하여 연구하였다. PLDAM은 셀에 축적된 에너지와 이온 발생 순서(history of recoil event) 및 열 전도를 고려하여 실리콘 자기 이완과 재결합을 고려하고 있다. 효과적인 분자동역학 이온 주입방법으로는 MDRANGE code를 사용하였다. 국부적인 격자결함을 고려하지 않은 MDRANGE의 결과는 불순물 분포의 실험치와 꼬리 부분에서 많은 차이를 보여주었다. 그러나 본 연구에서 사용된 국부적인 격자결함 축적을 고려한 MDRANGE의 결과는 극 저 에너지 이온 주입 실험치와 잘 일치하였다. 또한 본 연구에서는 <100> 실리콘 기판 위의 0.1$\mu\textrm{m}$$\times$0.1$\mu\textrm{m}$ 영역에 도즈에 해당하는 이온만큼을 주입하여 불순물 분포를 계산하였다. 붕소와 비소의 경우에, 도즈와 이온주입 에너지가 증가하에 따라서 국부적으로 축적된 격자결함이 불순물의 분포에 미치는 영향이 커지는 것을 알 수 있었다. 특별히 이온 주입 에너지와 함께 무관하게 도즈 1014/cm2 이상에서는 국부적으로 축적된 격자 결함이 불순물의 분포에 크게 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.150-150
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• 2023

기작기반의 역학적 모델과 자료기반의 딥러닝 모델은 수질예측에 다양하게 적용되고 있으나, 각각의 모델은 고유한 구조와 가정으로 인해 장·단점을 가지고 있다. 특히, 딥러닝 모델은 우수한 예측 성능에도 불구하고 훈련자료가 부족한 경우 오차와 과적합에 따른 분산(variance) 문제를 야기하며, 기작기반 모델과 달리 물리법칙이 결여된 예측 결과를 생산할 수 있다. 본 연구의 목적은 주요 상수원인 댐 저수지를 대상으로 수심별 수온과 탁도를 예측하기 위해 기작기반과 자료기반 모델의 장점을 융합한 PGDL(Process-Guided Deep Learninig) 모델을 개발하고, 물리적 법칙 만족도와 예측 성능을 평가하는데 있다. PGDL 모델 개발에 사용된 기작기반 및 자료기반 모델은 각각 CE-QUAL-W2와 순환 신경망 딥러닝 모델인 LSTM(Long Short-Term Memory) 모델이다. 각 모델은 2020년 1월부터 12월까지 소양강댐 댐 앞의 K-water 자동측정망 지점에서 실측한 수온과 탁도 자료를 이용하여 각각 보정하고 훈련하였다. 수온 및 탁도 예측을 위한 PGDL 모델의 주요 알고리즘은 LSTM 모델의 목적함수(또는 손실함수)에 실측값과 예측값의 오차항 이외에 역학적 모델의 에너지 및 질량 수지 항을 제약 조건에 추가하여 예측결과가 물리적 보존법칙을 만족하지 않는 경우 penalty를 부가하여 매개변수를 최적화시켰다. 또한, 자료 부족에 따른 LSTM 모델의 예측성능 저하 문제를 극복하기 위해 보정되지 않은 역학적 모델의 모의 결과를 모델의 훈련자료로 사용하는 pre-training 기법을 활용하여 실측자료 비율에 따른 모델의 예측성능을 평가하였다. 연구결과, PGDL 모델은 저수지 수온과 탁도 예측에 있어서 경계조건을 통한 에너지와 질량 변화와 저수지 내 수온 및 탁도 증감에 따른 공간적 에너지와 질량 변화의 일치도에 있어서 LSTM보다 우수하였다. 또한 역학적 모델 결과를 LSTM 모델의 훈련자료의 일부로 사용한 PGDL 모델은 적은 양의 실측자료를 사용하여도 CE-QUAL-W2와 LSTM 보다 우수한 예측 성능을 보였다. 연구결과는 다차원의 역학적 수리수질 모델과 자료기반 딥러닝 모델의 장점을 결합한 새로운 모델링 기술의 적용 가능성을 보여주며, 자료기반 모델의 훈련자료 부족에 따른 예측 성능 저하 문제를 극복하기 위해 역학적 모델이 유용하게 활용될 수 있음을 시사한다.

• 대한화학회지
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• 제59권6호
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• pp.508-519
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• 2015

본 연구에서는 개념 질문지를 사용하여 퍼텐셜 에너지 곡선에 대한 예비 화학 교사들의 이해 정도를 조사하였다. 조사 대상은 화학교육을 전공하는 사범대학 3학년 학생 24명, 4학년 학생 26명으로 총 50명이었다. 개념 질문지는 구슬 두 개의 거리에 따른 퍼텐셜 에너지 변화 곡선을 주고 상상실험을 하는 것으로 구성하였다. 질문지의 응답을 분석한 결과 예비 화학 교사들은 퍼텐셜 에너지나 전체 역학적 에너지가 음의 값을 가지는 것을 받아들이기 어려워하였다. 또한 역학적 에너지 보존은 대부분 알고 있었으나 이를 상상실험의 조건에 제대로 적용하지 못하는 것으로 나타났다. 그리고 구슬에 작용하는 힘의 방향은 대체로 알고 있었으나, 초기 위치에서 구슬이 이동하여 퍼텐셜 에너지가 가장 낮은 우물 바닥에서 정지할 것이라는 응답이 상당히 많았다. 또한 퍼텐셜 에너지 곡선과 관련지어 화학 결합, 기체의 액화, 분자의 진동 운동에 대한 이해도가 매우 낮은 것으로 드러났다.