중2과학 8단원 열과 우리 생활 - 열평형

우리는 따뜻한 물을 마시기 위해서 찬물과 뜨거운 물을 섞어서 마시죠. 그리고 시장에 가면 생선을 파는 가게마다 생선에 얼음을 넣어서 진열을 하고 있죠. 이와 같이 두 물체의 온도가 서로 같아지게 하는 현상을 열평형이라고 합니다. 오늘은 열평형에서 대해서 알아보겠습니다.

생선에 얼음을 넣으면 신선도가 유지됩니다.

 

1. 열이란?

열이란 단어를 들어봤죠? 열은 에너지의 일종으로, 온도가 다른 물체 사이에서 이동하는 에너지를 말합니다. 즉, 물체의 온도를 변화시키는 에너지이죠. 

열의 이동방향

열은 이동을 합니다. 항상 같은 방향으로 이동을 하는데요, 열은 온도가 높은 물체에서 온도가 낮은 물체로 이동합니다. 예를 들면 뜨거운 물을 컵에 넣으면 컵이 따뜻해지죠. 뜨거운 물의 열이 차가운 컵으로 이동을 했다는 것입니다.

열의 양(열량)

온도가 다른 두 물체를 접촉하면 온도가 높은 물체에서 온도가 낮은 물체 쪽으로 열이 이동을 합니다. 이 때 이동하는 열의 양을 열량이라고 하고, 두 물체의 온도차가 클수록 이동하는 열의 양(열량)이 많습니다. 

 

열평형

온도가 다른 두 물체를 접촉시키면 온도가 높은 물체의 열이 온도가 낮은 물체쪽으로 이동을 하죠. 그러면, 온도가 높은 물체는 온도가 점점 내려가고, 온도가 낮은 물체는 열을 받으므로 온도가 올라가게 됩니다. 그러다가 서로의 온도가 같아지는 상태를 열평형이라고 합니다. 

열평형 상태 - 비상교육 참조

 

그림을 보면 고온의 물체와 저온의 물체를 접촉하면 고온의 열이 저온 쪽으로 이동을 합니다. 그러면 고온의 물체는 열을 잃어버리므로, 분자운동이 둔해지면서 온도가 낮아지고, 저온의 물체는 열을 얻었기 때문에 분자운동이 활발해지면서 온도가 높아집니다. 시간이 흐르게 되면 두 물체의 온도가 같아지는 열평형 상태에 도달하게 됩니다. 

 

열평형을 이용한 문제에서 주의사항(1)

열평형이 일어날 때 고온의 물체가 잃은 열의 양(열량)과 저온의 물체가 얻은 열의 양(열량) 같습니다. 왜? 고온의 물체가 잃을 열의 양만큼만 저온의 물체가 열의 양을 얻기 때문이죠. 많은 학생들이 이 부분을 그냥 넘어가는 경향이 많아요. 하지만, 열평형에 관련된 문제는 거의 대부분 계산문제입니다. 계산할 때 열량을 가지고 풀어야 하는데, 문제에 열량이 나와 있는 경우는 많이 않죠. 그래서 풀 수 없다고 생각을 합니다. 열량이 정확하게 나와있지는 않지만, 열평형이 되었다는 말을 보고 잃어버린 열량과 얻은 열량은 같다는 것으로 간주하고 풀이를 해야 합니다. 

 

잃은 열량 = 얻은 열량

다시 한번 말하지만, 온도가 다른 두 물체를 접촉할 때 온도가 높은 물체가 잃은 열량과 온도가 낮은 물체가 얻은 열량은 같다는 것 꼭 기억하세요. 이 식을 이용하여 두 물체가 같아지는 온도 즉, 열평형일 때 온도를 계산할 수 있습니다.

열평형 일 때 온도 - 비상교육 참조

 

열평형을 이용한 문제에서 주의사항(2)

열평형이 될 때 온도는 두 물체의 온도의 중간값이 될 수도 안될 수도 있습니다. 물체의 질량, 비열에 따라서 달라지기 때문이죠. 

 

열량을 구하는 공식

열량을 구하는 공식은 다음과 같아요. 아직 비열을 안 배웠지만, 비열, 질량, 온도변화를 가지고 열량을 구할 수 있습니다.

 

열평형을 이용한 생활의 예

열평형을 이용한 생활의 예를 많이 볼 수 있습니다. 

1. 한약 팩을 뜨거운 물에 넣어 데우면 뜨거운 물의 열이 한약으로 이동을 하죠.

2. 냉장고 속에 음식을 넣어 차게 보관하면 음식의 열이 냉장고 속 공기 쪽으로 이동을 합니다.

3. 생선을 얼음 위에 놓아 신선하게 유지를 하죠. 생선의 열이 얼음 쪽으로 이동을 하게 되어 생선이 차갑게 되어 신선을 유지할 수 있습니다.

4. 겨드랑이에 체온계를 넣고 기다려서 체온을 측정합니다. 몸에 있는 열이 체온계로 이동을 하게 되죠.

5. 여름에 수박을 시원한 물속에 담가서 시원하게 만들죠. 이는 수박에 있는 열이 시원한 물 쪽으로 이동을 하게 되기 때문입니다.

열평형이 일어날 때 열은 항상 높은 물체에서 낮은 물체 쪽으로 이동한다는 것 잊지 마세요^^