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▶ 공기의 대류 |
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공기의 한 부분을 가열하여 공기 안에 온도 차이가 생기면 어떤 일이 일어날까요? 먼저 깃발과 문어 팔랑개비를 만듭니다. 깃발과 팔랑개비가 난방기 위에서 어떻게 되는지 관찰합니다.
깃발의 종이가 위로 치솟습니다.
깃발을 움직이게 한 것은? 깃발을 둘러싸고 있고, 흐를 수 있는 공기입니다. 난방기 위에서 깃발이 위로 향한다는 사실은 공기가 위로 올라가고 있다는 것을 알려줍니다.
난방기 위에서 문어 팔랑개비는 다리가 약간 위로 올려지며 빙빙글 돕니다.
난방기 위의 데워진 공기가 위로 올라가면서 문어 다리를 위로 올립니다. 그리고 문어 다리 사이에 걸린 공기가 빠져나가면서 문어를 빙글빙글 돌립니다.
데워진 공기의 흐름은 굴뚝의 연기의 방향으로 알 수 있습니다. 굴뚝에서 나온 공기는 주위의 공기의 온도보다 높아 밀도가 더 작습니다. 따라서 센 바람이 불지 않는다면 위로 올라가지요.
이제 대류 상자를 사용하여 공기의 이동을 관찰해봅시다.
모래과 얼음을 넣은 대류 상자에서는 향연기가 모래 쪽으로, 모래와 따듯한 물을 넣은 대류 상자에서는 향연기가 따듯한 물 쪽으로 나옵니다. 온도가 더 높은 쪽으로 연기가 나옵니다.
향연기는 미세한 탄소 덩어리로, 아주 가볍습니다. 따라서 공기 중에 떠있다가 공기가 흐르는 대로 이동합니다. 즉, 향연기의 이동은 공기의 이동을 보여줍니다. 공기가 온도가 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동하는 이유는 따듯한 물체 위의 공기가 데워져 위로 올라가면, 그 공간을 메우기 위해 차가운 물체 위의 공기가 이동하기 때문입니다.
이번에는 향불을 피운 후, 난방기가 켜진 실내와 실외 사이의 출입문 근처에 두고 관찰합니다.
향 연기가 출입문의 위쪽에서는 실내애서 실외 쪽으로, 출입문의 아래쪽에서는 실외에서 실내 쪽으로 향합니다.
실내의 난방기에서 데워진 공기는 위로 올라갑니다. 그 빈 자리를 실외의 차가운 공기가 들어와서 메웁니다. 따라서 아래 쪽에서는 공기가 실외에서 실내 쪽으로 흐릅니다. 데워진 공기가 위로 올라가면, 위에 있던 실내의 공기는 실외 쪽으로 밀려납니다. 따라서 출입문의 위쪽에서는 공기가 실내에서 실외쪽으로 흐릅니다.
이와 같이 열을 흡수하여 데워진 공기는 위로 올라가고, 주위의 차가운 공기가 그 공간을 메우기 위해 이동하면서 열을 이동시키는 현상을 대류라고 합니다. 이 과정에서 공기는 위아래 뿐 아니라 수평으로도 이동합니다. 공기가 수평으로 이동하는 것을 바람이라고 합니다. 즉, 바람도 대류 현상에 의해 생기는 것입니다. |
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