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▶ 열에 의한 물의 부피 변화 |
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물을 가열하면 부피에 어떤 일이 일어날까요? 아래 동영상을 관찰해보세요.
가열하여 온도가 높아지면 가열 전에 비해 가는 관의 물기둥의 높이가 높아집니다. 얼음물로 냉각하여 온도가 처음보다 낮아지면, 처음보다 물기둥의 높이가 낮아집니다.
물기둥의 높이가 높아진 것은 물의 부피가 늘어났기 때문입니다. 가는 관을 사용한 이유는 관이 좁을수록 같은 부피가 변할 때 가는 관의 물기둥 높이가 많이 변하기 때문입니다. 그래서 간이 가늘수록 부피 변화를 관찰하기 쉽습니다. 따라서 위의 실험 결과는 온도가 높아질수록 물의 부피가 커진다는 것을 알려줍니다.
온도가 높아지면 부피가 커지는 것은 물 뿐 아니라 다른 액체의 경우도 마찬가지입니다.(*물의 경우 섭씨 0도에서 섭씨4도에서는 온도가 올라갈수록 부피가 작아지는 독특한 성질이 있습니다. 하지만 섭씨 4도 이상에서는 온도가 높아지면, 부피도 커집니다.) 이렇게 액체가 온도가 올라가면 부피가 늘어나는 성질을 이용한 것이 바로 온도계입니다. 온도계에는 수은 또는 알코올을 담아두는 데, 이 온도계를 온도를 재고자 하는 물체에 접촉시킵니다. 만약 물체의 온도가 접촉 전의 온도계의 온도보다 높다면 물체와 온도계의 온도가 같아질 때까지 열이 물체에서 온도계로 이동하지요. 그러면 온도계 안의 액체의 부피가 커지고 따라서 눈금이 올라가지요.
만약 물체의 온도와 온도계의 온도가 같다면 열이 이동하지 않을 것이고, 따라서 온도계의 부피도 변하지 않아 눈금도 변하지 않겠지요.
만약 물체의 온도와 온도계의 온도보다 낮다면 온도계와 물의 온도가 같아질 때까지 열이 온도계에서 물체로 이동합니다. 그러면 온도계 안의 액체의 부피가 작아지고 눈금이 내려가지요.
그렇다면 액체를 가열할 때 액체를 이루는 분자들에게 어떤 일이 일어나는 걸까요? 액체에서 분자들은 고체에서처럼 서로를 끌어당기고 있어서 서로로부터 도망갈 수는 없습니다. 하지만 정해진 자리없이 이리저리 흘러 다닐 수 있지요.
액체에서도 고체에서와 마찬가지로 열이 가해지면 분자들의 운동이 활발해져서 넓은 공간을 차지하게 되지요. 따라서 액체도 온도가 올라가면 부피가 커집니다. |
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