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열이 이동하는 방식에는 3 가지가 있습니다. (1) 전도, (2) 대류, (3) 복사입니다. 각각의 방식을 차례대로 알아보도록 하지요. |
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전도란 물질을 통하여 접촉하고 잇는 두 물체 사이에 열이 이동하는 것을 말합니다. 이것은 열을 가진 물질 자체가 이동하는 것이 아니고 열이 물질을 징검다리로 하여 이동하는 것입니다. 젓가락의 한쪽을 가열하면 시간이 흐른 후 가열하지 않은 쪽도 따듯해집니다. 그것은 가열한 쪽으로 들어 온 열이 다른 쪽으로 이동하기 때문입니다. 좀 어려울지 모르겠지만 이렇게 스스로는 이동하지 않으면서 열 만을 이동시키는 것은 물질 안의 구성 입자인 원자, 분자, 이온들입니다. 전도는 고체 물질이 열을 전달하는데 주로 사용하는 방식입니다. |
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그러니까 전도는 여러 개의 물건을 멀리 나를 때 물건이 있는 곳으로부터 나를 곳까지 여러 사람이 한 줄로 서서 물건을 전달하는 상황을 상상해 보세요. 사람들은 이동하지 않았지만 물건은 이동하지요? |
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차가운 물체와 뜨거운 물체를 붙여 놓으면 차가운 물체의 온도는 조금씩 올라가고 뜨거운 물체의 온도는 조금씩 내려가서 오랜 시간이 흐른 후에는 두 물체의 온도가 같아집니다. 바로 전도에 의해 열이 이동하기 때문이지요. 열의 전도는 항상 높은 온도의 물체에서 낮은 온도의 물체로 일어납니다. |
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그런데 전도에 의해 열을 전달하는 속도는 물체를 이루는 물질의 종류에 따라 차이가 있습니다. 열을 잘 전도하는 대표적인 물질로는 철, 구리 등과 같은 금속 물질들입니다. 유리, 플라스틱 같은 물질은 열을 잘 전도하지 않는 물질의 예입니다. 그래서 냄비와 같은 가열용 용기의 손잡이는 열을 잘 전달하지 않는 플라스틱과 같은 것으로 씌워놓아 뜨거운 냄비를 손으로 잡을 수 있도록 합니다. |
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그 외에 열을 잘 전도하지 않는 물질을 어떤 용도로 사용할 수 있을까요? 뜨거운 물체와 차가운 물체 사이에 열을 잘 전도하지 않는 물체가 있으면 두 물체가 맞닿아 있을 때처럼 열이 뜨거운 물체에서 차가운 물체로 잘 전도될 수 있을까요? 아니겠지요. 따라서 각 물체가 가지고 있던 처음 온도를 오랫동안 유지할 수 있겠지요. |
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이것이 바로 보온병의 원리입니다. 보온병은 음식을 담는 용기와 용기의 바깥 벽 사이에 진공을 둡니다. 진공은 아무 물질도 없는 상태이지요. 따라서 물질에 의해 일어나는 열의 전도가 있을 수 없겠지요. 그래서 용기 안의 음식물의 열이 외부로 빠져나가는 것을 막아줍니다. |
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보온병의 원리는
집을 짓는데도 적용됩니다. 겨울에 집안에서는 난방을 하지요. 그리고
집 밖의 외부 기온은 아주 낮고요. 그렇다면 따듯한 집안으로부터
바깥으로 열이 이동하겠지요. 이것을 막기 위해 집의 벽과 벽 사이에
단열재라고 하는 열을 잘 전달하지 않는 물질(예를 들어 스티로폼)을
끼워놓아 집안으로부터의 열의 손실을 막아줍니다. |
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대류란
열을 가진 물질 자체가 이동하면서 열을 이동시키는 것입니다. 물질
자체가 이동하려면 흐를 수 있는 물질이어야겠지요. 따라서 대류는
공기와 같은 기체나 물과 같은 액체에 의해 열이 이동되는 방식입니다.
고체는 흐를 수 없어서 대류에 의해 열을 전달하지 못합니다.
의 관계로부터 밀도가 작아지는 것을 알 수 있지요. 물질이 가열되면서 밀도가 작아지지요. 즉, 가열된 부분은 가열되지 않은 부분에 비해 밀도가 작아지니까 뜨게 되지요. 다른 말로 하면 위로 올라가는 거지요. 이것은 열기구가 뜨는 이유입니다.따라서 공기의 한 부분을 가열하면 가열된 부분의 공기의 밀도가 작아져 위로 올라가고 그 자리를 가열되지 않은 공기가 채웁니다. 이 공기는 다시 데워지고 그래서 위로 올라가고 찬 공기가 다시 채워지고 하는 일이 계속 일어나게 되어 방안 공기 전체가 데워지지요. 이것을 대류라고 합니다. 가열된 물질인 공기 스스로가 이동하면서 열을 이동시키지요. |
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이 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 전도와의 차이점을 비교해 보세요. |
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대류현상은 물이나 공기처럼 흐를 수 있는 물질이 스스로 이동하면서 열을 전달하는 것이지요. 따라서 물이나 공기가 흐를 때 같이 따라다닐 정도로 가벼운 물체를 넣은 후 가열하면 열이 이동하는 방향을 알 수 있습니다. 물을 가열하였을 때 열이 어떻게 이동하는지 아래에서 실험해 보세요. |
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데워진 공기의 흐름은 굴뚝의 연기의 방향으로 알 수 있습니다. 굴뚝에서 나온 공기는 외부의 공기의 온도보다 높아 밀도가 작으니까 센 바람이 불지 않는다면 위로 올라가지요. |
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바람은 공기가 이동하는 것입니다. 바람도 바로 대류 현상의 하나이지요. 바람에 대해 아래에서 알아보세요. |
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물질을 통해 열이
이동하는 열의 전도나, 물질이 스스로 이동하면서 열을 전달하는
대류는 아무 물질도 없는 진공에서는 일어나지 않겠지요. 그런데
참 이상한 것은 태양과 지구 사이에 진공이 있는데도 태양의 열은
우리에게 전달된다는 것입니다. 이 열은 당연히 전도나 대류와는
다른 방식으로 전달되겠지요. |
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이것은 전도나
대류가 아닌 열이 이동하는 다른 방식이 있음을 의미합니다. 이렇게
태양의 열이나 난로로부터의 열은 물질이 없어도 전달되는 복사라는
열 전달 방식에 의해서 전달됩니다. |
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