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▶ 물이 가열될 때의 온도와 상태 변화(끓음) |
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물을 가열하는 동안 온도는 어떻게 변할까요? 동영상으로 관찰해 보세요.
물을 가열하면 온도가 점점 높아지다가, 섭씨 100도 근처에서 더이상 올라가지 않고 일정해집니다.
이번에는 물을 가열하면서 물 안밖에서 일어나는 일을 관찰해봅시다.
가열을 시작한 후 어느 정도 시간이 흐르면, 플라스크 바닥에 기포가 생깁니다. 기포는 작은 기체 덩어리를 말합니다. 더 가열하여 온도가 일정하게 유지되는 섭씨 100도 근처에 도달하면, 기포들이 표면 위로 떠오르며 뽀글뽀글 소리가 납니다. 계속 가열하면 물이 점점 줄어듭니다.
가열을 시작한 후 얼마 되지 않아 바닥에서 생겨 표면으로 올라오는 기포는 공기 방울입니다. 물 속에는 아주 적은 양의 공기가 녹아 있기 때문입니다. 따라서 이 일은 잠시 동안만 일어납니다. 온도가 더 올라가면 바닥에 수증기로 채워진 기포가 생기지만, 표면으로 떠오르지 않고 사라졌다 생겼다를 반복합니다. 온도가 더 올라가 일정하게 유지되는 온도에 도달하면, 수증기로 채워진 기포들이 표면으로 올라오면서 뽀글뽀글 소리가 납니다. 이 현상을 끓는다라고 하고, 이때의 온도를 끓는점이라고 합니다. 물의 끓는점은 1기압에서 섭씨 100도입니다. 계속 가열하여 끓이면, 물이 수증기가 되어 공기 중으로 날아가므로 물이 점점 줄어듭니다. 가열한 열의 양과 물의 온도의 관계를 그래프로 그리면 다음과 같습니다.
그런데 왜 끓는점에서는 열을 더하는데도 온도가 올라가지 않을까요? 물의 끓는점(1기압에서 섭씨 100도)보다 낮은 온도에서는 물에 가해진 열이 물의 온도를 올리는데 사용됩니다. 하지만 끓는점에서는 가해진 열이 온도를 올리지 않고, 물이 기체로 상태 변화하는데 사용됩니다. 따라서 끓는점에서는 물을 가열하여도 온도가 올라가지 않습니다. 물이 수증기가 될 때 분자들은 어떻게 될까요? 분자들끼리 붙어서 자유롭게 움직이고 있는 액체 상태에 열을 가하면 분자들이 더 많은 에너지를 갖게 됩니다. 충분히 열을 가하면 분자 사이의 잡아당기는 힘마져 이겨내고 뿔뿔이 흩어져 기체 상태가 됩니다.
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