▶   물에서의 열의 이동

 
 
 

주전자에 물을 끓일 때 아래쪽을 가열하지만, 시간이 지난 후 물 전체가 뜨거워집니다. 이것은 가열한 지점으로부터 물 전체로 열이 이동한다는 것을 뜻합니다. 물과 같은 액체에서는 열이 어떻게 이동하는지 알아봅시다.

비커에 물을 담고 한쪽은 찬 물에, 다른 쪽은 따듯한 물에 닿도록 설치합니다. 그리고 찬 물에 닿는 쪽에 색소를 조금 떨어뜨리고, 색소의 움직임을 관찰합니다.

 

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색소가 따듯한 물쪽으로 이동한 후 위로 올라갑니다.

 

 

색소는 물에 녹아 물과 함께 움직입니다.(* 농도 차이에 의해 확산하는 과정은 훨씬 느리고 방향성이 없으므로, 무시할 만합니다.) 따라서 색소의 움직임은 물의 움직임을 보여줍니다. 이 실험의 결과로부터 아래의 따듯한 캔으로부터 열을 얻어 따듯해진 물은 위로 떠오른다는 것을 알 수 있습니다.

 

 

이번에는 비커에 담긴 물에 톱밥을 넣고, 중앙 또는 한쪽 가장자리를 가열하며 톱밥의 움직임을 관찰합니다.

 

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톱밥은 위아래로 오르락 내리락 합니다.

 

 

톱밥은 물에 떠서 물과 함께 움집입니다. 따라서 톱밥의 움직입은 물의 움직임을 보여줍니다. 그렇다면 물은 왜 오리락 내리락 하는 걸까요?

물을 가열하면 부피가 커집니다. 따라서 밀도가 낮아집니다. 가열되는 지점 근처의 물은 주위의 물에 비해 먼저 데워지고, 따라서 밀도가 낮아짐니다. 주위의 물보다 밀도가 낮아지면, 위로 뜹니다. 물이 위로 올라가면 그 자리를 가열되지 않은 물이 채웁니다. 시간이 흐르면서 이 물은 데워져 올라가고, 위로 올라간 물은 조금씩 식어 밀도가 높아져 아래로 내려옵니다. 가열하는 동안 이 일이 반복되기 때문에 물 전체가 데워지게 되는 것입니다.

 

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고체는 흐를 수 없기 때문에 물체는 이동하지 않으면서 열을 이동시킵니다. 반면, 물과 같이 흐를 수 잇는 액체를 가열하면, 가열된 부분의 액체가 직접 이동하여 열을 여러 부분으로 이동시킵니다. 이런 열의 이동 방식을 대류라고 합니다.

대류는 먼 곳으로 여러 개의 짐을 나를 때 한 사람이 짐 하나씩을 들고 짐이 있는 곳에서부터 나를 목적지까지 가져가는 것을 비유할 수 있습니다. 앞에서 살펴본 고체에서의 열의 이동과 비교해 보세요.

 

 

 

물이 든 시험관에 얼음 한 조각을 넣고 가열하였습니다. 그런데 한참 동안 얼음이 녹지 않고 있습니다. 어떻게 하였을까요?

아래 동영상에 답이 있습니다.

 

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시험관의 위와 아래에 각각 얼음 조각을 넣고 시험관의 중간을 가열하면, 위에 있는 얼음 조각이 훨씬 빨리 녹습니다. 그 이유는 가열된 물이 위로 뜨기 때문에 위의 얼음에 열이 훨씬 빨리 전달되기 때문입니다. 따라서 가열할 곳보다 낮은 곳에 얼음을 두고 가열하면, 한동안 얼은이 녹지 않게 할 수 있습니다. 이때 얼음은 물보다 가벼워 뜨므로 무거운 물체에 매달아 넣아야 합니다.

 

 

 

 

뜨거운 물이 위로 올라가는 모습을 관찰하는 실험을 해보고 싶다면 아래 링크로~

 

  올라가는 뜨거운 물, 내려가는 차가운 물

 

 

 

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