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자료의 통계분석

의약품 품질관리학자료의 통계분석약학과 20103040 홍예슬어떤 현상에 대한 획득 자료를 정리, 요약, 분석하여 실제 현상을 설명함에 있어서 통계분석과 통계용어의 사용은 필수적이다. 많은 연구에서 부분적인 조사를 통해 자료 획득하여 전체에 대한 현상을 예측하고 비교 설명하는 방법을 주로 이용한다. 조사대상 중 일부를 선택하는 것을 표본추출이라 하고 선택된 일부를 표본이라 한다.3.1 표본연구하고자 하는 대상 전체 : 모집단표본의 대표성 : 표본자체가 모집단에 근접할수록 커짐, 표본의 크기가 클수록 대표성 증가 -> 적절한 크기의 표본을 선택표본을 추출하는 방법- 임의추출(random sampling) : 추출 대상들의 선택 가능성이 동일하다는 조건 아래 표본을 구성할 대상들을 임의적으로 추출하는 방법표본연구의 절차 : 연구하고자 하는 대상 전체로부터 표본 추출 -> 실험 ; 특성을 나타내는 자료 획득 -> 통계분석 -> 결과 해석 ; 모집단의 특성 추론통계분석법① 기술적 통계분석 : 흩어진 자료를 표나 그래프로 정리하거나 대푯값이나 산포도 같은 자료의 전반적 특성을 기술한다.② 추론석 통계분석 : 추출된 표본으로부터 획득된 자료에 의해 전체 조사대상에 대한 예측된 현상적 특징을 검정하고 판단한다.척도에 따른 자료의 분류구분형태별예범주형(정성적)순위형병리조직학적 소견, 치료의 정도명목형혈액형, 실험군, 수술 후 환자의 생존여부수치형(정량적)이산형충치 수, 혈액 내 백혈구 수 (관측된 수치 자료가 셀 수 있는 경우)연속형구간척도온도, 지수비율척도함량, 농도, 무게3.1.1 기술통계범주형 자료 : 분포적인 특성은 무의미하며 단지 자료 값의 빈도가 중요한 역할을 함표를 이용하여 요약하거나 막대그래프, 원형그래프 등의 기하학적 도구에 의해 요약하기도 함.수치형 자료 : 분포적인 특성이 중요∴ 자료의 특성에 따라 이용되는 통계분석방법이 다름.1) 대푯값 : 수집된 자료를 하나의 수치로 대표하여 나타내고자 할 때의 수치계산적 대푯값 : 자료전체가 그대로 계산에 이용산술평균, 기하평균, 조화평균 등위치적 대푯값 : 자료의 위치를 나타냄중앙값, 최빈값, 사분위수 등절충적 대푯값 : 계산적 대푯값과 위치적 대푯값을 보완하기 위해 자료의 일부를 잘라내거나 대체함. 절사평균, 윈저화평균 등① 산술평균(M)M= {1} over {n} sum _{i=1} ^{n} x _{i} 자료의 분포적인 특성 중 중심경향성을 나타내기 위해 사용간단히 평균이라 부르고{bar{x _{n}}} `,` {bar{x}} 로 나타낸다.② 기하평균{bar{x}} =(x _{1} x _{2} ...x _{n} ) ^{{1} over {n}} = root {n} of {x _{1} x _{2} ...x _{n}} 변동비율의 평균 계산에 이용③ 조화평균{bar{x}} _{h} = {n} over {sum _{i=1} ^{n} {1} over {x _{i}}} 속도와 시간, 시세와 물량과 같은 역수관계의 자료에서 평균을 구하는데 활용④ 중앙값(Me)m _{e} = {cases{x _{( {n+1} over {2} )}&n:홀수#x _{( {n} over {2} )} +x _{( {n} over {2} +1)}&```n:짝수}} ⑤ 최빈값(Mo) : 도수가 가장 큰 관측 값2개 이상의 관측 값이 같은 도수를 가질 경우 : 2개 이상 가능자료를 구성하는 서로 다른 관측 값들이 하나씩 있을 경우 : 존재하지 않음⑥ 사분위수(Q1,Q2,Q3) : 자료를 4등분하였을 때의 기준이 되는 수치들Q1 : 처음 관측 값과 중위수까지의 관측 값의 새로운 중위수Q2 : 중위수Q3 : 중위수부터 마지막 관측 값의 새로운 중위수⑦ 절삭평균 : 제 1사분위수 이상의 관측값과 제 3사분위수 이하의 관측 값들로 이루어진 부분자료의 산술평균⑧ 윈저화평균 : 제 1사분위수 이하의 모든 관측 값들은 제 1사분위수로 대체하고 제 3사분위수 이상의 모든 관측 값들은 제 3 사분위수로 대체한 후의 모든 변량들의 산술평균중앙값과 최빈값 : 자료의 중심경향성을 나타내는 측도- 자료가 평균을 중심으로 왼쪽에 많이 몰려있는 경우 : 최빈값F _{alpha } (1,n-2)이면 귀무가설을 기각한다.(ⅲ)H _{1} :b0일 때, t>tv,α 이면 귀무가설을 기각한다.(ⅲ)H _{1} :b

의/약학| 2015.05.12| 20페이지| 3,000원| 조회(349)

통계분석, 표본추출, 통계용어, 의약품 품질 관리, 자료의 통계분석

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[물리학 콜로퀴엄]작은 과학세계에 대한 레포트

물리학 콜로퀴엄 2제 목 : Small is beautiful.일 시 : 2009년 9월 3일 목요일연 사 : 임채호 교수님 (서강대)학 번 : 200619408학 과 : 분자생물학과이 름 :제출일 : 2009년 9월 7일 월요일오늘의 콜로퀴엄은 Justin.C.Huang교수님의 추모를 위해 준비된 이번학기 첫 강연 이였다. subject는 Small is beautiful로 3가지 type의 singularity를 다뤘다. 사실 처음 시작부터 막힌 것은 singularity가 무엇인지 몰랐단 것이다. 집에 돌아오자마자 컴퓨터 검색을 통해 안 사실은 ‘특이성’이라는 것 이였다. 자연계 학생으로서 특이성이란 단어는 굉장히 많아 들어왔는데, 불성실하게도 영어로는 잘 몰랐던 것이다. 이번 기회를 통해서 머릿속에 정확하게 적어놓았다.본론으로 들어가 보면, 3가지의 특이성은 ①전자기 힘과 원자 세계, ②중력과 블랙홀, ③중력과 우주초기.첫 번째로 전자기 힘은 F=κeQ/r2 을 통해 설명을 시작했는데, (전자기 힘을 하면서 맥스웰 방정식이 거론되었는데, 맥스웰 방정식은 전기장과 자기장의 관계를 기술하는 4개의 방정식이라고 한다. - daum 위키백과, 4개의 식이 뜻하는 바는 1. 전기장은 전하로부터 발산해가는 것으로 쿨롱힘을 표현한다. 2. 자석의 극은 N극과 S극이 서로 분리되어 존재하지 않으며 양극 사이에는 자기력이 작용한다. 3. 자기장의 세기를 변화시키면 전기장이 발생된다. 이것은 패러데이의 유도법칙으로 표현된다. 4. 전기장을 변화시키거나 도선에 전류가 흐르면 회전하는 자기장이 생긴다. 이는 앙페르 법칙을 확장하여 전기장 변화에 따르는 효과를 포함시킨 것이다. 한마디로 맥스웰 방정식은 전자기와 관련되어서 거론되었다. - 백과사전 브리태니커) 거리인 r이 0으로 갈수록 전자기 힘 F는 ∞로 갈 것이라 생각하지만, 매우 작은 세계로 갈수록 새로운 것들이 나타나게 된다고 한다. 이때 나타낼 수 있는 말은 불확정성원리와 singularity 였는데, 여기서 불확정성원리는 독일 물리학자인 베르너 하이젠베르크가 주장한 법칙이라고 한다.( 백과사전-브리태니커 ) 짧은 정의로는 어떤 물체의 위치와 속도를 동시에 정확하게 측정하는 것은 이론적으로 불가능하다는 것이다. 주변에서 보면 우리들은 자동차의 속도, 위치 정확하게 측정이 가능하지 않는가? 라는 생각을 해보면서 계속해서 참고를 했는데, 이 법칙은 일상적인 물체에 대해 관측할 때는 불확정도를 적용하기엔 불확정도가 너무나 작은 값이기 때문에 원자나 원자구성 입자처럼 극히 작은 입자에서나 의미가 있다고 한다. 지금 다루는 주제인 전자기에서는 적용이 되는 것이다. 한마디로 우리가 생각하기엔 무한대로 갈 것 같지만 불확정도가 적용되기 때문에 달라진 값을 가지거나 새로운 것들이 나타난다는 것이다.두 번째로 중력과 블랙홀. 중력은 F=G mM/r2. 우주로 나아가 아인슈타인은 무중력관성계(local inertial frame)을 주장했는데, 이것은 지구를 돌고 있는 우주선 안에서는 중력을 느끼지 못하며, 비행기가 자유 낙하한다면 비행기 안에는 중력이 없다. 그러나 우주선을 지구에서 본다면, 우주선과 우주인/ 비행기와 승객 모두 중력을 받고 있다는 것이다. 즉, Curved space-time in terms of metic. 시공간이 울퉁불퉁 휘어져 있다는 것이다. 우리들이 현재 물리를 통해 배우고 있듯이 만유인력은 우주 밖에서든 잘 맞고 있지만, 질량이 세면 셀수록 중력은 점점 세지고, 만유인력에 잘 맞아 들어가지 않는다고 한다. 여기서 예로 나온것이 블랙홀이였다. 인터넷을 통해 검색해보니, 블랙홀을 검정구멍이라고 하는데,((블랙홀에 대해 자세히 알고자 조사해봄.-백과사전 브리태니커))블랙홀 - 중력이 너무 커서 심지어 빛조차도 빠져나갈 수 없는 가설적인 천체. 블랙홀은 질량이 매우 큰 별의 진화 마지막 단계에서 만들어질 수 있다. 이러한 별들은 내부열 핵반응에 필요한 연료가 모두 소모된 마지막 순간에 불안정해져서 자체 중력에 의해 스스로 붕괴되기 때문에 생성된다. 사멸해가는 별은 구성물질이 사방에서 붕괴되기 때문에 특이점(singularity)이라고 하는 부피가 0이고 밀도가 무한대인 한 점으로 압축된다. 특이점은 검은구멍(블랙홀)의 중심을 이루고 있으며, ‘사건의 지평선(수업에선 사건지평선 event of horizon, 슈바르츠실트반경이라고도 한다.)이라는 블랙홀의 표면으로 가려져 있다. 사건지평선 안에서는 탈출속도가 빛의 속도보다 커서 빛조차 우주공간으로 벗어날 수 없다. 사건지평선은 붕괴되는 별의 질량에 비례하는 것으로 생각 된다. 태양은 3km반경, 지구는 1mm반경, 태양질량의 10배일경운 30km가 되는 것이다. 하지만 태양질량의 3배가 넘는 무거운 별들만이 진화의 마지막 단계에서 블랙홀로 형성된다고 한다. 그보다 질량이 작은 별들은 압축이 작아서 백색왜성이나 중성자별이 된다. 블랙홀은 주위 물질에 미치는 중력효과에 의해서만 발견할 수 있으므로, 블랙홀은 보통 별 근처에서 발견될 가능성이 높으며, 동반성으로부터 유입되는 물질이 뜨겁게 가열되어 많은 X선을 내면서 사건지평선으로 들어가 영원히 사라지게 된다고 한다. 하지만 이것은 하나의 론에 불과하다.다시 강연 내용으로 돌아오면 위에서도 교수님께서 설명한 부분들도 있지만, 아직까지는 우주에 대해서는 상상력을 발휘해서 학설을 내고 있을 뿐이라서 많은 생각들이 존재한다. 위에서 말한 사건지평선은 블랙홀에서 볼 수 있는 것으로 새로운 특이점으로 부상하고 있다. 여기서 흥미진진한 이야기가 나왔는데, 우주 비행사 자신은 들어가고 있는지도 모르게 들어가서 절대 나올 수 없다는 것이다. 하지만 너무 영화나 애니메이션에 영향을 많이 받아서 생각하는 것이지만, 어떤 질문자가 한 것처럼, 블랙홀에 끌려 들어갈 때 중력이 매우 강하기 때문에 우주선이 강한 압력을 받진 않을까? 만약 그렇다면, 왜 들어가는 것을 모르는 것일까? 교수님께서는 우주선이 지구로 들어올 때 우회해서 들어온다. 이렇게 말씀 하시고서는 지나가셨는데, 아직도 그것이 잘 이해되지는 않는다. 블랙홀에 빠져 들어갈 때조차도 우회해서 가기 때문에 들어가는 것을 전혀 느끼지 못하는 것일까? 그럴 경우에만 못느끼는 것일까? 궁금하다. 또한 위에서 말했듯이, 블랙홀에서는 빛조차도 들어가면 두 번 다시 나올 수 없기 때문에 빛을 통해서는 블랙홀 속의 information을 얻을 수 없다고 한다. 이것을 통해서 불안정성.. Black hole entropy를 생각해 보면, Hawking temperature and radiation. -> 영국의 천제물리학자 스티븐 호킹. 호킹의 이론에 의하면, 약 200억 년 전 온도와 밀도가 극히 높은 상태에서 빅뱅이 일어나 우주가 탄생했을 당시에 소행성 정도의 또는 그보다 작은 질량을 가진 작은 블랙홀들이 많이 생겨났을 것으로 추측했다. 양성자 및 반양성자와 같은 원자구성입자들이 아마 이 작은 블랙홀의 매우 가까운 곳에서 생성되었을 것이라고 생각했다. 만약 양성자와 반양성자가 중력으로부터 탈출한다면 그들은 서로 쌍소멸하고 이런 과정에서 에너지가 발생한다. 이런 과정이 계속 반복된다면 블랙홀은 모든 질략을 잃고 소멸하게 된다. 라는 것이 호킹의 생각이다. 호킹의 temperature와 radiation을 통해서 entropy를 생각하면 블랙홀은 주위의 모든 물체를 빨아들이지 않고, 빨려 들어가면 탈출할 수 없지 않으며, 빛조차 탈출하지 못하는 것이 아니라는 식으로 바뀌는 경향이 나타난다고 한다. 사실 이 부분은 호킹을 알아봐도 그것조차 이해가 가지 않아, 이 부분만은 정말 알 수가 없었다. 또한 블랙홀에 대해서 이야기 할 때, 엔트로피는 부피가 아니라 area에 비례한다는 Holographic principle을 언급하셨는데, 이는 블랙홀이 부피가 아니라 area에 비례한다는 이야기로 접목이 되었다.

자연과학| 2009.12.11| 4페이지| 1,000원| 조회(119)

물리학, 물리학 콜로퀴엄

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[물리학 콜로퀴엄 ]섬모, DNA condensation에 관련 레포트

물리학 콜로퀴엄 2제 목 : cooperativity in bacteria swimming, DNA condensation and biopolymer transport.일 시 : 2009년 9월 24일 목요일연 사 : 김용운 교수님(고등과학원)학 번 : 200619408학 과 : 분자생물학과이 름 :제출일 : 2009년 9월 28일 월요일이번 콜로퀴엄 주제를 보고서, 아! 이제야 생물과 관련된 것이 나오나 보다. 라고 기뻐하며 수업에 들어갔을 때, ‘생물물리’라는 소리를 듣고 사실상 조금 실망을 하긴 했다. 생물학적인 것을 이용해서 물리를 설명하는 줄 알았더니 생물을 물리학적으로 설명하는 것 이였기 때문이다. 그렇게 되면, 생물은 알아들어도 물리로 연결을 못시킬 내 모습이 뻔히 보일 것이고, 틀림없이 전문용어가 남발할 것이라고 생각했기 때문이다. 하지만 역시나 내 짐작이 맞아 떨어졌다.‘생물물리’라는 영역은 생물을 물리학적으로 탐구해나가며 이것을 사업 등 넓은 분야로 응용하는 기초적인 학문이다. 특히 이번 콜로퀴엄에서는 ‘세포’에 관련되었는데, 세 가지 (: 섬모운동, DNA응집, 생체정보를 가진 RNA등의 핵공 통과) 중 시간 상 앞 두 가지를 설명하셨다.섬모운동에 관해 설명하시기 이전에 tip vortex, 특히 새의 날개에 관해서 설명을 하셨는데, 왜 섬모운동에서 이것을 설명할까? 라는 생각을 했는데, 이것은 섬모의 운동이 자연적으로 선택된 효율적인 방법에 대해 설명하기 위한 기초적인 지식을 전달하는 것이라고 생각한다. 왜냐하면, tip vortex라는 것은 예를 들어 철새들의 V formation을 유지하는 이유를 설명하면 좀 더 잘 이해할 수 있는데, 앞장선 철새 한 마리가 날면서 공기의 유형이 생기는데, (옆 그림은 비행기를 예로) 옆 그림에서 보듯이 주변에 하강기류와 상승기류 등 항력들이 발생한다. 만약 일자 formation으로 비행을 했다면, 바짝 쫓아가는 철새들은 하강기류를 받아 더 많은 에너지 소비가 있을 것이다. 하지만 V formation으로 상승기류의 영향을 받는다면 에너지 소비가 아닌 절약이 되는 것이다. 이러한 원리처럼 섬모도 에너지 절약 차원의 선택을 받아 swimming을 한다.우선 섬모(cilium)란, 대 부분의 동물 조직세포에 다수로 존재하는, 짧고 속눈썹같이 가는 필라멘트 형태의 구조물이다. 대개 원생동물의 이동수단으로 사용되며, 각 섬모들은 모두가 통합된 운동을 한다. 인간의 몸속에도 섬모가 존재하는데, 소화계나 호흡계, 청각계에서 볼 수가 있다. 이러한 섬모가 운동하는 것은 특정한 주기를 보이는데, power stroke와 recovery stroke의 cycle을 갖는다. 이러한 주기에 의해서 짚신벌레는 물결모양의 모션을 보이게 된다. 이것은 Metachronal coordination이라고도 한다. 이러한 모션을 물리학적으로 설명할 때, Reynolds number가 쓰여서 Navier-stokes equation을 이용하는데, 이 공식에서는 viscous force와 inertia force를 다룬다. 여기서 중요한 것은, Reynolds number인데, 분자의 협동에 의해 force가 작용해서 reynolds number의 값이 다르다고 한다. 예를 들면 박테리아와 같은 경우 상수값이 1보다 작지만, 범고래와 같이 몸집이 큰 동물은 10의 15배 정도가 크다. 이것은 몸집이 클수록 속도가 더 빠르다는 것을 보면 상수값은 속도에 영향을 받는다고 볼 수 있다. 이로써, 속도와 관련된 viscous force만을 고려하여 우리들은 stokes equation을 얻어 낼 수가 있다고 한다. 여기서 아주 재밌는 실험 동영상을 볼 수 있었는데, 점성이 있는 물속에서 3가지의 잉크들을 매우 느린 속도이며 일정한 힘을 줘서 섞어주고 반대방향으로 다시 돌려주면 약간은 퍼진감이 있지만 초기상태로 회복된 것을 볼 수가 있었다. 이것은 외팔 수영 시 점성이 있는 곳에서 헤엄을 치면 (F)+(-F)=0 으로 제자리 수영을 하게 된다는 것을 증명한다. 이것을 scallop theorem이라고 하는데, 이것으로 알 수 있는 것은, 자연계에서는 flexible하게 만들어서 이것을 극복하고자 했다는 것이다. 뻣뻣함과 유연함의 공존이라고 해야 할까?위에서 섬모에 대해 짧게 설명을 했을 때 말했듯이, 섬모는 elastic filament로 구성되어 있는데, streching energy + bending energy를 이용하여 이동을 가능케 한다. 생물학적인 것을 물리학적 수식으로 변형시켜 simulation을 만들어 실험을 해 이유를 밝혔는데, 주기전인 beaten filaments가 slow stroke와 fase stroke를 이용해서 유연성과 뻣뻣함을 나타낸다고 한다. slow stroke일 경우 아래 왼쪽 그림처럼 뻣뻣하며fast stroke일 경우 위 오른쪽 그림처럼 많이 굽은 유연성을 보여준다. 왜 두 개의 모션이 다르냐 하면 fast stroke일 경우, base모양을 유지하게 하는 시간을 주지 않고 모션을 시행해버리기 때문이라고 한다. fast일 경우 누워있는 막대를 미는 형식이며, slow일 경우 서있는 막대는 미는 형식이라서 slow가 더 많은 힘을 가해 (가는 방향 거리)+(-fast로 돌아가는 거리) = +값을 가진다는 것이다. 즉, filament가 두 stroke의 차이를 가지고 있기 때문에 이동이 가능해 지는 것이다. 사람들의 질문을 통해 알게 된 것은, 예를 들어 짚신벌레가 섬모운동을 할 때 이러한 패턴을 가지고 하는 것은 목적지가 존재 할 경우이지 평상시에는 random하게 병행하여 다방향으로 움직인다는 것이다. 이 처럼 유연성과 뻣뻣함을 동시에 가동시켜 이동하는 것을 conformational cooperativity라고 할 수 있다. 더 생각을 넓혀가면, 너무 단단해서도 안 될 것이고, 너무 유연해서도 안 되는 그런 정도를 유지 해야한다.두 번째로 DNA의 응집에 관해 설명을 했는데, DNA는 한 가닥을 늘여놓으면 약 2m가량이 되는 굉장히 긴 사슬이다. 만약 DNA가 이러한 형태로 존재했을 경우, 동물들 특히 인간은 온몸이 DNA로 뒤덮혀야만 할 것이다. 하지만 이러한 것을 방지 하고, 많은 DNA가 복제하고 수리하며 더 효율적일 수 있는 것은 바로 ‘응집’ 때문이다. DNA의 응집은 사슬이 되고, 그 사슬이 점점 coil하면서 감기고 감기고 하여 좀 더 응집한 후, 많은 결합들에 의해 얽혀 응집한다. 특히 DNA가 정적기적 성질을 가지고 있기 때문에 반데르발스 등과 작용하여 이뤄질 수 있는 것이다. DNA를 구성하는 막대에 당이 있는데 이것들은 - 를 띄게 되고 주변 counter에 의해 (-)+(++)=(+)가 되듯이 본질적으로 인력이 형성하게 되는 것이다.

자연과학| 2009.12.11| 4페이지| 1,000원| 조회(106)

물리학, 물리학 콜로퀴엄

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[물리학 콜로퀴엄]Microcavity Laser에 관련 레포트

물리학 콜로퀴엄 2제 목 : Recent Development of Microcavity Laser일 시 : 2009년 9월 10일 목요일연 사 : 김칠민 교수님 (서강대)학 번 : 200619408학 과 : 분자생물학과이 름 :제출일 : 2009년 9월 14일 월요일Microcavity laser 극소형 레이저... 이것을 현재 연구 중이신 김칠민 교수님께서 어려운 자리를 마련해 주셨다. 수업을 시작하기 이 전에 이 수업을 진행하는데 관련된 것들이 양자혼돈이론, 레이저이론 등에 대한 전반적인 이해가 필요하다고 하셨다. 아.. 그에 관해서 전혀 들어본 바가 없는데 역시나 수업을 듣는 내내, 용어부터 시작해서 말 하나하나가 전문적 이였고, 기초가 없으니 머리만 아파오고, 내가 올바르게 적고 있는지에 대해 크게 의문을 가지며 수업을 들었다.((양자 역학이란? -매우 간단히 추려보면...양자역학은 물리학의 한 분야로서 원자와 분자를 구성하는 입자(전자·양성자·중성자)와 다른 원자구성 입자의 운동을 다루는 학문이다(→ 원자구성입자). 양자역학의 원리가 발견되기 전에 물리학자들은 원자수준에서의 운동도 뉴턴의 고전역학으로써 서술할 수 있다고 믿었다. 그러나 이와 같은 관점은 고전역학에 의해서는 원자 스케일에서 벌어지는 여러 가지의 직관에 반하는 현상을 설명할 수 없다는 것이 점차 확실해지자 어쩔 수 없이 버려지게 되었다. 이후 수많은 물리학자들에 의해 수행된 연구에 의해서 결국 양자역학시대가 열리게 되었다. 양자역학의 여러 면에서 가장 직관에 반하는 것은 아마도 모든 물질과 복사가 파동-입자의 이중성을 가진다는 것일 것이다. 빛을 예로 들면 이것은 파동으로 대개 생각되고 있으나, 물질과 특정한 반응(방출·산란·흡수)을 할 때에는 입자처럼 행동하는 면이 있다. 이러한 입자를 광양자 혹은 광자라고 부른다. 광자는 플랑크 상수라고 불리는 값과 빛의 주파수를 서로 곱한 양에 해당하는 특정한 양의 에너지를 운반하며 플랑크 상수를 파장으로 나눈 값에 해당하는 운동량을 가진다. 플랑결과가 충분히 정확한 값을 주지 않는 경우가 많다.분자구조 이외에 고체상태의 물질에 대한 이론에도 양자역학을 적용하는데, 양자역학을 이용하면 결정 구조를 결정하는 힘, 금속과 반도체의 결정 내에서 장거리를 움직일 수 있는 상태에 있는 전자의 운동, 자기적인 성질을 결정하는 물리적 요소 등을 알 수 있다. 또한 초전도성을 갖는 금속 내의 전자 사이에 작용하는 특수한 반응을 양자역학적으로 다루는 것도 매우 중요한 것이다. 양자전기역학도 큰 발전을 한 분야인데 초기에는 전자기장도 맥스웰의 고전적인 방법으로 다룰 수가 있다고 대개 생각했지만 양자 현상을 고려하여 전자기장 방정식을 재구성해야 한다는 것을 곧 깨닫게 되었다(1926년에 디랙에 의해서). 양자 전기역학의 실용적인 결과로써 가장 중요한 것은 레이저의 발전인데 레이저를 이용하면 간섭성이 있는 강렬한 빔을 생성하여 연구할 수 있게 된다.))현재 우리 주변을 지배하고 있는 것은 electronics라고 한다. 하지만 물리학에서 photonics를 개발해내며 물리학적 접근법을 생활에 적용시키려 하고 있다. photonics는 photon을 이용하여 암호통신과 같은 분야를 다루는 것인데, 1983년 미국 대통령이었던 레이건이 스타워즈 계획(날아오는 미사일을 대기권 밖에서 레이저나 양성자 빔 따위의 에너지 무기를 파괴하려는 미국의 계획)을 발표하면서 레이저에 특히나 관심을 갖게 되었다. 하지만 계산을 하기엔 시간적으로 힘들어서 optical computer를 발견한 뒤 현재까지 같은 체제를 유지하고 있다. 다른 나라들이 스타워즈 계획에 참가의사를 보이고 있는 듯하다. 스타워즈 계획에 빛을 사용하기 위해서는 매우 작게 만들어야 한다. 이때 빛을 만드는 소스가 문제시 되어 왔는데, 현재는 microcavity laser를 이용해서 소스를 만들고 있다. 이렇게 극소형 레이저에 대한 수업을 나아가기 전에 극소형 레이저의 발전 계기에 대해 들었다.극소형 레이저는 총 4가지가 있다. VCSEL, Photonic crystal(아 가지 색이 섞임을 나타내는 것이라고 한다. Random laser는 anderson localization에 의해 laser 빛이 안 나올 것 같은 곳에서 laser빛이 투영되는 것을 보인다. ZnO nanocrystalites의 Microcluster는 거울이 없이도 laser빛을 만들어 낸다. 파티클이 medium이 되어 주는 것이다. 예로써, 태양은 핵융합을 계속하는 행성이다. 매우 작게 핵융합을 하고 있는 구가 있는데, 이때 우리들이 보는 빛은 direct하게 오고 있는 것이 아니고, 산란에 의해 broad하게 퍼지며 옛날에 이미 발산했던 빛을 우리는 지금에 와서 보고 있는 것이다. 즉, 파티클들은 빙글빙글 돌면서 퍼져 보인다. 하지만 퍼져서 없어지는 것이 아니라 임의적이더라도 feedback이 일어나도 원위치로 돌아오는 성질을 보인다고 한다.세 번째로 진짜 교수님께서 다루시려고 했던 Microcavity laser인데, 동그란 laser가 회전을 통해서 정반사가 일어나게 된다. 즉, evanescent wave가 일어난 것이다. microcavity laser의 특징은 정반사를 통해 보면 size가 커지면 안된다는 것이다. 빛이 조금일 때만 빛이 원위치로 빠져나와서 정확성이 올라가는 것이기 때문이다. 즉, 높은 quality factor와 낮은 threshold란 것이다. 사실상 원형을 사용할 때 광전자회로 소스는 원위치로 빛이 되돌아오지 않기 때문에 사용할 수가 없다고 한다. 이를 해결하기 위해 제시된 것이 있는데, Deformed cavity로 타원으로 찌그러트리면 한 방향으로 빛이 돌아왔다고 한다. 점점 더 찌그러트리면 chaotic해 지는데, 초기의 작은 차가 시가이 지나면 완전히 다른 현상이 나타나서 chaotic해지는 거라고 한다. 이때, chaotic해질수록 질적으로 high해 진다고 하는데, 그 이유는 다이아몬드 형태와 같은 unstable periodic orbit을 계산해내서 양자역학을 완벽하게 만족시키기 때문이라고 한다. circit을 만족 시켜야만 원 방향으로 되돌아오는데, unstable orbit을 만족시키는 것은 타원형에 가까운 모양이며, 이것을 만족시켰을 때 chaotic한 환경이고, Quality가 high하다는 것이다.이러한 연구들이 적용이 되어 가며, 여러 가지 cavity가 연구되고 있는 중인데, 주요 목표는 한 방향으로 빛이 오게 하는 것이라고 한다. 최근 연구에서는 Rimacon이 중점이 되고 있는 모양이다.양자역학적으로 이것에 접근해 보면, wave function에서 pattern이 존재한다는 것을 발견한다. 타원이나 원에서 wave function을 구하는 것인데 이때 정확하게 보이는 localization의 성질, 즉 이것을 scar이라고 하는데, 궤도가 보이는 것이다. 이것은 size가 작아야만 만족이 되며, unstable orbit을 만족시켜야만 한다. 출발한 것이 다시 그 자리로 되돌아와야 구할 수 있는 것이기 때문이다. 또한, loss가 있을 때 closed에서 real이고, open에서 complex한 wave function을 보인다.(컴퓨터를 이용해서 계산한다고 한다.) 그리고 wave function, scar은 대개 삼각형의 모습을 보인다. scar과 같은 패턴은 level crossing을 피함으로써 생성되는 거라고 어떤 외국인이 주장하고 있다고 한다. 또한 정말 중요한 것은 반드시 closed system에서 loss가 있는 것을 넣어줘서 풀어줘야 좋은 laser system이 되는 것이다. 이런 패턴에는 resonance한데, n=2일땐 삼각형이, m=3일때는 별모양이 나타난다. 맥스웰 방정식에서 loss한것을 빼주고 다시 gain한 것을 더해주는 Schrodinger-Bloch equation이 생성된다고 한다.사실상 수업을 제대로 이해했는지도 모르겠다. 양자역학에 대해 어떻게든 공부해 보려고 했지만, 물리에 대한 기초적인 것도 부족하고, 아무리 읽어도 내 머릿속에서 이해되는 부분은 찾아볼 수가 없었다. 저번 시간에 다뤘던 불확정성 시도 중이라는 것이다.양자역학 출처 : http://enc.daum.net/dic100/contents.do?query1=b15a3168b002+ 스타워즈계획에 대해 짧게 조사해봄.별칭은 스타워스('별들의 전쟁').앞으로 일어날지도 모르는 소련의 핵공격에 대비하여 제안된 미국의 전략방어체제.SDI는 로널드 레이건대통령이 1983년 3월 23일 전국에 방영된 텔레비전 연설에서 처음으로 제안했다. 레이건이 제안한 방어체제의 일부가 우주에 근거를 두고 있었기 때문에, 이 방어체제는 그당시 인기를 모았던 영화 〈스타 워스〉에 나오는 우주병기의 이름을 따서 '스타워스'라고 불리게 되었다(→ 핵무기).소련의 대륙간 탄도 미사일(ICBM)은 비행 도중에 여러 단계를 거치게 되는데, SDI는 이 여러 단계 가운데 ICBM을 요격하여 미국을 방어하자는 것이다. ICBM을 요격하려면 아직 연구와 개발이 이루어지지 않은 최첨단 과학기술장비가 필요하다. 우주와 지상에서 레이저전쟁을 벌일 기지도 이 방어체제의 일부를 이루게 될 가능성이 있다. 우주기지와 지상기지는 여러 가지 방법을 결합하여 움직이고 있는 소련 미사일을 향해 살인광선을 쏘게 될 것이다. 그밖의 비핵 살인장치를 이용하는 지상발사 미사일과 공중미사일 발사대는 미국 ICBM 격납고 같은 주요목표물 주위에 집중 배치되어 후방의 방어체제를 구축하게 될 것이다. 소련의 공격을 탐지할 감지장치는 지상과 공중 및 우주에 배치할 수 있으며, 레이더와 광학장비 및 적외선 위협 탐지장치를 이용할 수 있다.1980년대 중반 미국 의회는 SDI를 추진하기 위한 자금 지출을 승인했지만, 이 계획이 내포하고 있는 군사 및 정치적 의미와 기술적인 실행 가능성을 둘러싸고 무기 전문가와 공직자들 사이에 뜨거운 논쟁이 벌어졌다. SDI를 지지하는 사람들은 이 계획의 실행을 방해하는 과학기술의 커다란 장벽은 극복될 수 있으며, 효과적인 방어체제를 구축하면 장차 일어날지도 모르는 소련의 공격을 미리 방지할 수 있을 것이라고 주장했다. 이 계획을 비판하는군비제한

자연과학| 2009.12.11| 6페이지| 1,000원| 조회(130)

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[물리학 콜로퀴엄]탄소나노튜브 관련 내용과 생각점

물리학 콜로퀴엄 2제 목 : 탄소나노튜브의 물성과 전계방출 응용일 시 : 2009년 9월 17일 목요일연 사 : 송윤호 박사님학 번 : 200619408학 과 : 분자생물학과이 름 :제출일 : 2009년 9월 21일 월요일자연제전이 한창일 때, 선수복장을 한 채로 콜로퀴엄에 참석하였다. 매번 어려운 주제로 콜로퀴엄에 참석해서 고생한 것을 생각하면, 사실은 기대도 안하고 그냥 무작정 와서 들을 생각뿐 이였다. 하지만 수업을 듣는 내내, 아! 이런 것이 내가 20대일 때 연구가 되어가고 있으며 언젠가는 영향력이 점점 커져갈 것이라는 것이 나를 자극시켰다. 이번 주제는 특별히 물리학적인 다양한 지식이 없어도, 100% 이해는 하지 못하겠지만, 관심을 가지고 주의깊이 볼 수는 있었다.Carbon Nano Tube 이것은 탄소결합체 중 하나로, 판이 말려서 속이 빈 실린더 모양을 가진다고 한다. 1991년에 CNT가 발견되었고 지금은 현재 이것을 더욱더 다양한 방면으로 application하려고 시도 중이라고 한다. CNT의 구조는 너비는 nm단위이며, 길이는 μm단위다. 모양은 왼쪽 그림으로 알 수 있다. 이것은 1차원의 실린더 모양의 막대기이며, 작은 차원의 물리적 현상을 가지며, 훌륭한 electron 방출성을 가졌고, 열과 화학적으로 안정하며, 기계적으로도 튼튼하다. 이것을 기본으로 하여 우리나라에서는 electronic device로는 활용하기는 아직 어려우나 많은 복합체로는 활용을 점점 넓혀가고 있다.CNT의 atomic structure는 Tube의 끝단의 모양에 따라서 달라진다. 이것을 chiral vector라고 하는데, zigzag tube, armchair tube, chiral tube 등이 있다. 지그재그는 정말 지그재그 모양이며, 암체어는 톱니바퀴의 모양과 매우 흡사하다, chiral은 잘린 부분이 어떠한가에 따라 매우 다양하다. CNT는 이 구조에 따라서 규칙성과 불규칙성을 보이는데, 이것으로 metallic할 수도 있으며, 반도체적일 수도 있다. 하지만 device로 사용하기 위해서는 반도체적으로 만들어져야하며, 반도체적으로 만들어 져야만 electronic band를 형성하여 active device를 만들 수 있다.이러한 CNT를 형성하기 위한 방법은 매우 다양하다. 첫 번째로, Arc discharge인데 이것은 탄소봉 사이에 높은 전압과 전류를 인가하여 발생하는 아크 방전을 이용하여 CNT를 형성하는 방법으로 결정성이 우수한 CNT를 형성할 수 있는 방법이다. 특히 탄소봉을 사용하는 것은 촉매현상을 일으켜 CNT를 더 잘 생성하도록 촉진하는 것이다. 이것의 응용범위는 결정성이 우수하여 전자방출원으로 응용이 가능하며, 그 외에도 gas sensor등에도 사용된다고 한다. 둘째로, Laser Vaporization이 있는데 이것은 반응로를 1200℃정도로 유지시켜 CNT를 만들고, 셋째로, Thermal CVD는 상대적으로 저렴하여 많이 사용되며, 주로 전자방출원으로 적용이 가능하고 다양한 기판위에 증착이 가능하여 응용 범위가 커질 것으로 전망된다고 한다. 이 세가지는 온도가 높아야 하던가 기판이 필요한데, 이것들 보다 더 낮은 에너지 상태에서 만들기 위해서 plasma CVD가 나왔다고 한다. 하지만 현재로써는 아직 선호되는 방법은 아니라고 한다. 그 외의 방법은, Vapor Phase Growth로 반응로 안에 반응가스와 촉매금속을 직접 공급하여 기상에서 CNT를 형성하는 방법으로 CNT를 연속공정을 통해 대량으로 그리고 파우더 형태로 합성이 가능하여 현재 상용화에 가장 가까워진 방법이라고 한다. 현재 CNT를 만드는 회사들은 선진국에 주로 분포하고 있는데, 가장 많은 곳은 미국이다. 국내에는 한화나노텍, 인천 CNT, 나노카본 등이 있으며, base한 부분은 학교 연구실에서 연구되고 있고, 주로 회사에서는 복합체를 만든다고 한다. 외국과는 다르게 국내에서는 시장적으로는 아직 매우 힘든 상태지만, raw material이 저렴한 편이기에 그나마 다행이라고 한다.이 CNT를 application하는 것은 여러 가지가 있는데, transistor는 반도체적 성질을 사용한 channel로 CNT Field Effect Transistor가 있다. Gas/Bio sensors는 표면에 물질이 CNT와 반응하여 물질들이 core를 잃거나 electron을 공급하는 등을 통해 전기 전도가 높아지거나 낮아지는 것을 이용하여 sensor로 작용한다. Cold Electron sources로는 CNT-TCE가 있다. 이것은 투명전극이라고도 하는데 원래는 인디움을 주로 사용하여 만들었었다고 한다. 투명전극이라는 것을! 하지만 인디움은 너무 고가여서 가격이 저렴한 Carbon을 이용하는 CNT를 사용하려 시도한 것이라고 한다. 이것은 black이지만 면적 차지가 적고, 현재는 display로 이용하고 있다고 한다. 예를 들면, touch screen에 사용되는 것이다. 하지만 아직은 전도도의 부족으로 graphic방향으로는 사용하지 못하며, 내환경성을 가지지 못한 것도 문제가 된다고 한다.(탄소다 보니.. 반응성을 무시하지 못한다.) 그리고 Probe microscope Tip이 있는데 이것은 매우 가늘고 뾰족해서 shape한 프로파일을 얻을 수 있을 테지만 아직은 상용화 되지 않았다고 한다. => cold electron sources는 작은 전압을 걸어도 강한 electronic field를 유도할 수 있다. 이것은 피뢰침의 방식과 유사하여 electron을 얻기 쉽다고 한다.이것 외에도 emission에 관한 것, 현재 상용화하기에 가장 근접한 것들이 있다. emitter로는 paste-printed CNT Emitter가 있는데, 이것은 emission을 하는 기기를 대면적으로 만들려는 목적으로 만들어 졌으며, cost effective를 목표로 한다. 하지만 이것은 총투과도가 4-6%뿐이며, display형식에 사용하려 했지만 실패했다고 한다. 그리고 현재 상용화에 근접한 것 중 하나는 TFT-LCD에 사용되는 CNT BLU의 향상이다. 이것은 무엇을 말하느냐면, 현재 LCD에서 사용되는 방식은 밝고 어두운 곳과는 상관없이 모두 상등적으로 빛을 전해주는데, 현재 BLU는 부분적으로 밝은 곳, 아니면 어두운 곳을 타겟으로 한다. 이 둘의 차이는 모두 상등적이면 잔상이 생기며 대조 비율이 낮은 것에 비해 부분적이면 대조율이 증가하고 (사람의 눈은 어쩔 수 없이 잔상이 남는다.) 잔상이 적다. 이 이유는 부분적이라는 것은 끊어주는 역할을 해주는 것이기 때문이다. (부분적이라는 것은 이미지에 맞게 lamp를 조절한다는 것이다.) 이렇게 상용화만 된다면 현LCD의 단점을 극복할 수 있을 것이다. 하지만 현재 LED기술이 보급되어 있기 때문에 lamp를 사용하는 것이 상용화가 될 것인지는 의문이라고 한다. 나머지 하나는 CNT X-ray sources로 가장 흥미롭게 본 것인데, X ray는 원래 이미지 촬영으로 대부분 사용되어 왔는데, CNT를 사용하여 X-ray brachytherapy에 사용하여 암 있는 곳을 직접 삽입/근접 시켜 타켓팅하는 형식으로 정상세포 피복을 방지하여 X-ray를 쪼여 치료하는 방법이다. 하지만 이것은 out-gas, high power, non-uniformity of E-beam, limited imaging resolution(source가 커지면 간섭이 일어난다.) 등의 문제로 아직은 꿈과 같은 방법이라고 한다.

자연과학| 2009.12.11| 4페이지| 1,000원| 조회(131)

물리학, 탄소나노튜브, 물리학 콜로퀴엄

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