통합과학 초5 열과 우리 생활

열과 우리 생활

열의 이동(전도·대류·복사)과 온도 변화를 일상 현상과 연결하여 이해한다.

온도는 물체가 차갑고 뜨거운 정도를 숫자로 나타낸 것이고, 열은 온도가 높은 물체에서 낮은 물체로 이동하는 것입니다.

열은 언제나 '높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 물'과 같습니다. 뜨거운 쪽에서 차가운 쪽으로만 흐르고, 두 쪽의 높이가 같아지면(온도가 같아지면) 흐름이 멈춥니다.

쉽게 말하면

따뜻한 손으로 차가운 컵을 잡으면 손은 시원해지고 컵은 미지근해집니다. 이때 열이 손에서 컵으로 이동한 것입니다. 열은 언제나 온도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로만 이동하고, 시간이 충분히 지나면 두 물체의 온도가 같아져 더 이상 이동하지 않습니다. 뜨거운 국그릇을 상 위에 놓아두면 결국 방 안 온도와 비슷해지는 것이 그 때문입니다.

열이 이동하는 방법은 세 가지입니다. 첫째, 고체에서는 열이 물질을 따라 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 차례차례 전해집니다. 이것을 전도라고 합니다. 프라이팬 손잡이가 뜨거워지는 이유입니다. 둘째, 물이나 공기처럼 흐를 수 있는 것에서는 데워진 부분이 위로 올라가고 차가운 부분이 아래로 내려오면서 전체가 데워집니다. 이것이 대류입니다. 주전자의 물이 아래에서만 불을 받아도 전체가 끓는 이유입니다. 셋째, 사이에 아무것도 없어도 열이 곧바로 전달되는 방법이 있습니다. 이것을 복사라고 합니다. 모닥불 옆에 서 있으면 앞쪽이 뜨거워지고, 햇빛이 우주를 건너와 우리를 따뜻하게 하는 것이 복사입니다.

열이 잘 전해지는 물질도 있고 그렇지 않은 물질도 있습니다. 금속은 열이 아주 잘 전해지고, 나무·플라스틱·천은 잘 전해지지 않습니다. 냄비는 금속으로 만들되 손잡이는 플라스틱이나 나무로 만드는 이유입니다.

열의 이동을 일부러 막는 것을 단열이라고 합니다. 보온병은 안쪽 벽을 이중으로 만들어 열이 빠져나가지 못하게 하고, 겨울옷은 옷감 사이에 공기를 가두어 몸에서 나가는 열을 붙잡아 둡니다. 집의 이중창도 같은 원리입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

구리판 끝을 가열하며 열이 퍼지는 모습 보기

긴 금속판에 열에 따라 색이 변하는 물질을 바르고 한쪽 끝을 가열하면, 불에 가까운 쪽부터 차례로 색이 변하며 그 변화가 먼 쪽으로 퍼져 나갑니다. 열이 고체 속에서 가까운 곳에서 먼 곳으로 차례차례 전해진다(전도)는 것을 눈으로 볼 수 있습니다.
예시 2

주전자의 물이 전체가 끓는 이유

불은 주전자 바닥만 데우는데도 물 전체가 뜨거워집니다. 아래쪽에서 데워진 물이 위로 올라가고, 위에 있던 차가운 물이 아래로 내려와 다시 데워지는 일이 반복되기 때문입니다(대류). 물속에 톱밥을 조금 넣고 가열하면 톱밥이 빙글빙글 도는 모습으로 확인할 수 있습니다.
예시 3

난방기는 아래에, 에어컨은 위에

데워진 공기는 위로 올라가고 차가운 공기는 아래로 내려옵니다. 그래서 난방기를 바닥 쪽에 두면 따뜻한 공기가 올라가면서 방 전체가 데워지고, 에어컨을 높은 곳에 달면 차가운 공기가 내려오면서 방 전체가 시원해집니다. 반대로 두면 방 전체가 잘 데워지거나 시원해지지 않습니다.

자주 하는 오해

금속이 나무보다 온도가 낮다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움교실의 금속 의자 다리를 만지면 나무 책상보다 차가우니, 금속의 온도가 더 낮은 것이다

실제로는같은 교실에 오래 놓여 있었다면 두 물체의 온도는 같습니다. 금속이 차갑게 느껴지는 것은 내 손의 열을 빠르게 가져가기 때문입니다.

우리는 온도를 직접 재는 것이 아니라 '열이 얼마나 빨리 빠져나가는지'를 느낍니다. 금속은 열을 아주 잘 전달해서 손의 열을 순식간에 가져가므로 차갑게 느껴지고, 나무는 열을 잘 전달하지 못해 덜 차갑게 느껴집니다. 온도계로 재 보면 두 물체의 온도가 같다는 것을 확인할 수 있습니다.

옷이나 이불이 열을 만들어 준다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움두꺼운 이불은 따뜻한 열을 만들어 내서 나를 데워 준다

실제로는이불이나 옷은 열을 만들지 않습니다. 내 몸에서 나가는 열이 밖으로 빠져나가지 못하게 막아 줄 뿐입니다.

따뜻함의 근원은 내 몸이 스스로 내는 열입니다. 이불은 그 열이 달아나는 길을 막는 단열재 역할을 합니다. 그래서 차가운 음료수를 이불로 감싸 두면 데워지는 것이 아니라 오히려 오랫동안 차갑게 유지됩니다. 이불은 안팎으로 열이 오가는 것을 막을 뿐, 어느 쪽으로도 데우지 않습니다.