중2과학 8단원 중 열의 이동 방법
추운 겨울 난로와 같은 전열기구옆에 있으면 따뜻함을 느끼죠. 그리고 오븐에 고구마를 구울 때 속까지 잘 익게 하는 방법 아시나요?? 라면을 끓일 때 가스레인지에서 열이 어떻게 물속으로 이동할까요?
열은 이동하게 됩니다. 그럼 어떻게 이동을 할까요? 오늘은 열의 이동 방법에 대해서 알아보겠습니다.
열의 이동 방법 - 전도
열은 고체, 액체, 기체에서 이동하게 됩니다. 이 때 물질의 상태에 따라서 이동하는 방법이 다르죠. 각각의 이동방법에 대해서 하나씩 보도록 하겠습니다.
전도
전도는 고체상태인 물질들에서 열이 이동하는 방법인데요, 고체로 된 물체를 가열하면 가열된 부분의 입자들이 열을 받아 활발하게 운동을 하면서 주변에 있는 입자들도 같이 활발하게 운동을 하게 됩니다. 그러면 이웃한 입자들의 운동이 활발해지면서 주위로 열이 전달되죠. 이처럼 물체를 이루는 입자들의 운동이 이웃한 입자로 전달되어 열이 이동하는 방법을 전도라고 합니다.
그림을 보면 열을 가한 쪽에 입자들의 운동이 활발해지면 주변에 있는 입자들도 같이 활발해지면서 열이 옆으로 이동하는 것 알 수 있습니다. (참고로 교과서마다 입자 또는 분자로 표현이 되어 있습니다. 같이 보셔도 되는데, 모든 물질이 분자로 표현을 할 수 없기 때문에 입자로 표현하는 것이 좋아요.)
열의 전도에서 가장 많이 하는 실험인데요, 금속 막대에 촛농으로 나무 막대를 붙이고 끝을 가열하면 어떻게 될까요? 열은 금속 막대에 있는 입자들을 활발하게 할 것이고, 그러면 주변에 있는 입자들도 활발하게 운동을 하면서 열이 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하게 되겠죠? 그럼 번호 순서대로 열이 전달되면서 나무 막대가 떨어지게 됩니다.
전도에 의한 현상
전도에 의한 현상이 무엇이 있을까요?
1. 국그릇에 들어 있는 숟가락 끝까지 뜨거워진다.
- 국그릇에 있는 국이 뜨거울 때 숟가락을 넣으면 숟가락에 있는 입자들의 운동이 활발해지면서 주변에 입자들도 같이 활발해집니다. 그러면서 열이 전달되면서 숟가락 끝까지 뜨거워지죠.
2. 냄비나 프라이팬은 금속으로 만들지만, 손잡이는 플라스틱이나 나무로 제작을 하죠.
- 냄비나 프라이팬에 열을 가하면 입자들의 운동이 활발해지면서 주변의 입자들도 같이 활발해지죠. 그러면서 전체로 퍼지게 됩니다. 그러면 냄비나 프라이팬 전체다 뜨거워지는데, 손잡이도 금속이 되어 있다면 잡을 수 없겠죠? 그래서 이를 막기 위해서 손잡이는 플라스틱이나 나무로 만드는 것입니다. 플라스틱이나 나무는 열의 전도가 금속보다 낮기 때문이죠.
3. 겨울철 공원에 있는 의자는 나무보다 금속재질이 더 차갑죠.
- 의자를 금속으로 만들면 나무로 만들 때 보다 겨울철에 빨리 차가워집니다. 이는 전도도 있지만, 비열차 때문으로 쉽게 설명이 가능합니다.
열의 이동 방법 - 대류
물을 가열하면 따뜻해진 물은 위로 올라가고, 위에 있던 찬물은 아래로 내려오면서 순환이 일어납니다. 그러면 물 전체의 온도가 고르게 높아지게 되는데요, 이렇게 열을 받은 액체이나 기체 상태의 분자가 직접 이동하면서 열을 전달하는 방법을 대류라고 합니다.
그림을 보면 아래쪽에 열을 가하면 아래쪽에 물이 먼저 따뜻해지고, 따뜻해진 물은 위로 올라갑니다. 그러면 위쪽에 있는 물은 아래쪽 물에 비해서 차갑기 때문에 아래로 내려오게 됩니다. 이를 반복하게 되면 물 전체의 온도가 고르게 높아지게 되죠.
대류의 특징
1. 열의 이동 방법인 대류는 물 같은 액체에서만 일어나지 않고, 기체에서도 일어나는데, 흐르는 성질이 있는 물질에서 일어납니다.
2. 전도는 주변의 입자들을 운동시키면서 열이 이동했다면 대류는 물질을 이루는 분자가 직접 이동하면서 열을 전달합니다.
3. 가열하는 위치에 따라서 분자의 이동 방향이 달라집니다.(아래 그림 참조)
대류에 의한 현상
1. 물을 데우면 전체적으로 뜨거워집니다.
2. 방안에 난로를 켜두면 방 전체가 따뜻해집니다.
3. 방에 에어컨과 난방기를 설치할 때 에어컨은 위쪽에 난방기를 아래쪽에 설치하는 이유입니다.
열의 이동 방법 - 복사
여름철 태양 아래 있거나 겨울철 난로 가까이 있으면 따뜻함을 느끼죠? 이는 태양이나 난로로부터 열이 직접 전달되기 때문입니다. 이처럼 열이 물질의 도움 없이 직접 전달하는 방법을 복사라고 합니다.
복사의 특징
1. 복사는 열이 물질을 통하지 않고 빛과 같은 형태로 직접 이동합니다.
- 태양 빛을 태양 복사 에너지라고 하죠.
2. 전도나 대류는 물질을 통해서 이동하지만, 복사는 물질을 통하지 않고 열이 직접 이동하기 때문에 훨씬 빠르게 이동합니다.
복사에 의한 현상
1. 그늘보다 햇볕 아래가 따뜻하죠.
2. 난로 같은 전열기 앞에 있으면 따뜻함을 느끼죠.
3. 복사에 의해서 태양의 열이 지구로 전달됩니다. (태양 복사 에너지라고 합니다.)
4. 토스터나 오븐은 복사에 의해 열을 전달하여 음식을 조리합니다.
5. 모든 물체는 복사열을 내보내기 때문에 적외선 카메라로 촬영하면 물체의 온도 분포를 알 수 있습니다.
6. 사람이나 동물도 복사의 형태로 열을 내보내기 때문에 사람이 많은 곳에 가면 따뜻함을 느끼는 것이죠.
이상 열의 이동 방법에 대해서 알아봤습니다. 다음에는 냉난방을 효율적으로 사용하는 방법에 대해서 알아보겠습니다.^^