▶   물이 냉각될 때의 온도와 상태 변화(얼음)

 
 
 

물과 얼음, 그리고 소금을 섞으면 온도가 섭씨 0도 이하로 내려갑니다.(이유가 궁금하나다면 [한제]를 참조) 이것을 사용하여 물을 냉각해봅시다. 물을 냉각하는 동안 온도와 상태가 어떻게 변하는지 동영상으로 관찰해 보세요.

 

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물을 냉각하면 온도가 점점 낮아지다가, 섭씨 0도 근처에서 한참 동안 온도가 변하지 않습니다. 그러다가 계속 냉각하면 온도가 다시 내려갑니다.

 

 

섭씨 0도 근처에서 온도가 변하지 않는 동안, 시험관 가장자리부터 얼음이 생기기 시작합니다. 시간이 흐르면서 점점 얼음이 더 생기고, 그러다가 시험관의 가운데까지 모두 얼음이 됩니다.

 

 

시험관의 물이 모두 얼음이 된 후, 따듯한 곳에 두면 물이 생깁니다.

 

 

물이 얼어 고체 얼음이 되고, 얼음이 녹아 다시 물이 됩니다. 이것으로부터 물과 얼음은 같은 물질이라는 것을 알 수 있습니다.

 

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물을 냉각하여 온도가 일정하게 유지되는 온도에 도달하면, 액체 물이 고체 얼음으로 변하기 시작합니다. 이 현상을 언다라고 하고, 이때의 온도를 어는점이라고 합니다. 물의 어는점은 1기압에서 섭씨 0도입니다.

그런데 왜 어는점에서는 열을 빼앗는데도 온도가 내려가지 않을까요? 물의 어는점(1기압에서 섭씨 100도)보다 높은 온도에서는 빠져나온 열 때문에 온도가 내려갑니다. 하지만 어는점에서는 빠져나온 열 때문에 물이 얼음으로 상태 변화합니다. 따라서 어는점에서는 물을 냉각하여도 온도가 내려가지 않습니다.

물이 모두 얼음이 된 후에도 계속 냉각하면. 얼음으로부터 열이 빠져나오면서 온도가 내려갑니다. 뻬앗은 열의 양과 물또는 얼음의 온도 사이의 관계를 그래프로 그리면 다음과 같습니다.

 

 

물을 냉각하여 얼음이 되는 동안 분자들에게는 어떤 변화가 있을까요? 물을 냉각하여 온도가 낮아질수록 분자들의 움직임이 덜 활발해집니다. 계속 냉각시키면 분자들의 움직임이 계속 줄어들다가. 제자리에서 진동만 하는 고체가 됩니다.

 

 

얼음을 가열하여 물이 되고, 계속 가열하여 수증기가 되는 동안 온도와 분자들의 운동의 변화를 정리하면 아래와 같습니다.

 

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얼음 뿐 아니라 다른 고체들도 가열하면 액체가 되고, 식히면 다시 고체가 됩니다, 몇 가지 예가 아래 동영상에 있습니다.

 

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상태 변화에 대해 만화로 재미있게 정리하고 싶다면 아래 링크로~

 

 

 

 

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