중2과학 8단원 열과 우리생활 - 단열
아이스크림을 배달시켜서 먹었던 적 있나요? 아이스크림은 그냥 배달하게 되면 녹아서 먹을 수 없게 되죠? 그래서 빨리 녹지 않기 위해서 아이스크림의 온도를 일정하게 유지해 주죠. 이처럼 온도를 일정하게 유지하기 위해서 열의 이동을 막아주는 것을 단열이라고 하죠. 단열에 대해서, 단열을 일상생활에서 어떻게 사용하는지 알아보도록 하겠습니다.
단열이란?
추운 겨울에 난방을 할 때 창문을 닫아야 집안 온도가 따뜻하죠? 창문을 열어놓으면 난방효율이 떨어지게 됩니다. 창문을 닫는 것처럼 전도, 대류, 복사에 의한 열의 이동을 막는 것을 단열이라고 합니다. 단열을 하면 열의 이동을 막아 오랫동안 실내 온도를 일정하게 유지할 수 있습니다.
단열재로 사용하기 좋은 물질
단열을 하기 위해서 사용하는 재료를 단열재라고 합니다. 단열재로 사용하기 위해서는 몇 가지 조건이 있는데 다음과 같아요.
- 열의 전도 정도가 느린 물질이어야 합니다.
- 같은 물질이라면 두께가 두꺼울수록 열이 전달되는 데 시간이 오래 걸리기 떄문에 두께가 두꺼워야 합니다.
- 공기는 열을 잘 전달하지 않는 물질이므로, 내부에 공기를 포함하고 있는 부분이 많아야 합니다.
단열재로 사용되는 물질
1. 솜, 스타이로폼
- 솜이나 스타이로폼은 내부에 공기를 포함하고 있기 때문에 전도에 의한 열의 전달을 막아줍니다.
2. 진공 상태
- 열을 전달하는 물질이 없는 공간을 만들어 전도와 대류에 의한 열의 전달을 막아줍니다.
3. 은도금, 은박지, 알루미늄박
- 은도금이나 은박지 그리고 알루미늄박은 열을 반사시켜 열을 통과하지 못하게 하여 복사에 의한 열의 전달을 막아줍니다.
일상생활에서 단열의 이용
단열은 열의 이동방법인 전도, 대류, 복사를 모두 막아야 온도를 일정하게 유지가 됩니다.
1. 보온병
- 보온병은 이중 마개의 플라스틱, 이중벽의 진공 공간, 은도금된 벽면을 이용하여 뜨거운 물이나 차가운 물을 보관합니다.
- 이중 마개의 플라스틱은 전도에 의한 열의 이동을 차단
- 이중벽의 진공 공간은 전도와 대류에 의한 열의 이동을 차단
- 은도금된 벽면은 복사에 의한 열의 이동을 차단합니다.(표면을 매끄럽게 도금하여 열을 반사시켜 복사 형태로 전달되는 열의 이동을 막아줍니다.)
2. 텀블러
텀블러 벽은 이중 구조로 내부와 외부 사이에 진공으로 되어 있어서 열의 전도 및 대류를 막아줍니다.
3. 집의 이중창 및 단열재
- 집의 단열을 위해 이중창을 설치하거나 벽과 벽 사이에 스타이로폼을 넣어서 벽을 만들죠.
- 이중창은 창과 창 사이에 공기를 넣어 공기가 열의 이동방법인 전도를 차단합니다.(공기 대신 진공인 경우도 있습니다. 진공이면 전도 및 대류까지 열의 이동을 막을 수 있습니다.)
- 벽을 만들때 벽돌과 벽돌 사이에 스타이로폼을 넣어서 제작을 합니다. 스타이로폼에는 공기가 많이 들어 있기 때문에 전도에 의한 열을 차단합니다.
4. 아이스박스
- 아이스박스는 스타이로폼으로 만들었습니다. 스타이로폼에는 공기가 들어 있기 때문에 전도에 의한 열의 이동을 차단하여 내부 온도를 일정하게 유지합니다.
5. 소방관의 방열복
- 소방관의 방열복은 외부의 열이 내부로 잘 전달되지 않는 소재를 사용하여 만들죠.
6. 방한복
- 방한복은 옷 속에 솜털을 많이 넣어 공기층을 많이 포함하게 되어 있죠. 그래서 열의 이동을 막아줍니다.
7. 얇은 옷 여러 벌 겹쳐 입기
- 얇은 옷을 여러 벌 겹쳐 입으면 얇은 옷들 사이의 공기층이 형성되어 열의 이동을 막아줄 수 있습니다.
8. 커튼 설치, 카펫이나 담요 깔기, 옥상과 벽면에 식물 심기
- 실내에 열이 빠져나가는 것을 막아줍니다.
냉난방기 효율적인 설치장소는??
교실이나 집, 우리가 이용하는 건물 안에 보시면 에어컨은 위쪽에 설치가 되어 있죠. 그리고 난방기는 바닥에 있습니다. 왜 그럴까요? 바로 효율적인 이용을 위해서입니다. 무슨 말일까요? 만약 에어컨이 위쪽이 아닌 아래쪽에 있다고 합시다. 그러면 에어컨을 켜면 찬 공기가 나오는데요, 아래쪽에서만 이동하게 됩니다. 공기가 차가워지면 밀도는 커지게 되죠. 왜? 기체는 온도가 낮을수록 부피가 작아지므로 밀도는 커지게 됩니다.(밀도 = 질량 / 부피) 그러므로 찬 공기는 아래로 내려가고, 따뜻한 공기는 위로 올라가게 되죠. 그래서 에어컨을 위쪽에 설치를 해야만 찬 공기가 아래로 내려오면서 순환이 됩니다.
이상 열과 우리 생활 중 단열, 단열의 예, 에어컨과 난방기를 설치하는 장소에 대해서 알아봤습니다.^^ 다음에는 열평형에 대해서 알아보겠습니다.