물의 상태 변화
물이 고체·액체·기체로 상태가 변하는 현상과 조건을 탐구한다.
물은 온도에 따라 얼음(고체)·물(액체)·수증기(기체)로 모습을 바꾸는데, 모습이 바뀌어도 물이라는 물질 자체는 그대로입니다.
같은 사람이 옷을 갈아입는 것과 같습니다. 겉모습은 달라져도 사람은 바뀌지 않습니다. 얼음도 수증기도 여전히 '물'입니다.
쉽게 말하면
물질의 성질에서 물질마다 고유한 성질이 있다는 것을 배웠습니다. 물은 그 성질을 그대로 지닌 채 세 가지 모습으로 오갈 수 있습니다. 얼음은 모양이 정해져 있고, 물은 그릇 모양대로 담기며, 수증기는 눈에 보이지 않게 공기 중으로 퍼집니다.
이 변화를 정하는 것은 온도입니다. 얼음에 열을 주면 녹아서 물이 되고, 물에 열을 계속 주면 수증기가 되어 날아갑니다. 반대로 열을 빼앗기면 수증기는 다시 물방울이 되고, 물은 얼음이 됩니다. 물이 수증기가 되는 방식에는 두 가지가 있습니다. 표면에서 조용히 날아가는 증발과, 온도가 충분히 높아져 물속에서까지 기포가 생기며 활발하게 날아가는 끓음입니다.
한 가지 재미있는 점은 물이 얼면 부피가 늘어난다는 것입니다. 대부분의 물질은 얼면 부피가 줄어드는데, 물은 반대입니다. 그래서 물을 가득 채운 페트병을 얼리면 뚜껑 쪽이 볼록해지고, 겨울에 수도관이 터지기도 합니다. 하지만 부피가 늘어난다고 무게까지 늘어나는 것은 아닙니다. 넣은 물의 양이 그대로이므로 무게는 변하지 않습니다.
이렇게 나타납니다
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예시 1빨래가 마르는 이유젖은 빨래를 널어 두면 마릅니다. 물이 없어진 것이 아니라, 표면의 물이 수증기가 되어 공기 중으로 흩어진 것입니다. 바람이 불고 햇볕이 좋으면 더 빨리 마릅니다.
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예시 2차가운 물컵 표면에 맺히는 물방울얼음물을 담은 컵 바깥쪽에 물방울이 맺힙니다. 컵에서 물이 새어 나온 것이 아니라, 공기 중에 있던 눈에 보이지 않는 수증기가 차가운 컵에 닿아 식으면서 다시 물방울로 뭉친 것입니다.
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예시 3물을 가득 채워 얼린 페트병물을 가득 채우고 뚜껑을 닫아 얼리면 페트병이 팽팽하게 부풀거나 넘칩니다. 물이 얼면서 부피가 늘어났기 때문입니다. 저울에 올려 보면 얼리기 전과 무게는 같습니다.
순서대로 하면
물이 얼 때 부피가 늘어나는지 확인하는 순서
- 1시험관이나 좁은 병에 물을 절반쯤 넣고, 물의 높이에 유성펜으로 표시합니다.
- 2저울에 올려 무게를 재고 적어 둡니다.
- 3냉동실에 넣어 완전히 얼립니다.
- 4얼음의 높이가 표시선보다 올라갔는지 확인합니다 — 부피가 늘어난 것입니다.
- 5다시 저울에 올려 무게를 잽니다. 부피는 늘었지만 무게는 그대로라는 점을 확인합니다.
자주 하는 오해
물이 증발하면 없어진다고 생각하기
이렇게 생각하기 쉬움접시에 담아 둔 물이 며칠 뒤 사라졌으니 물이 없어진 것이다
실제로는물은 눈에 보이지 않는 수증기가 되어 공기 중에 퍼져 있습니다. 없어진 것이 아니라 모습이 바뀐 것입니다.
물질은 저절로 사라지지 않습니다. 접시를 랩으로 덮어 두면 물이 줄지 않고, 랩 안쪽에 물방울이 맺히는 것을 볼 수 있습니다. 날아간 수증기가 갈 곳이 없어 다시 물로 돌아온 것입니다.
주전자에서 나오는 하얀 김을 수증기라고 부르기
이렇게 생각하기 쉬움물이 끓을 때 위로 올라오는 하얀 것이 수증기다
실제로는수증기는 눈에 보이지 않습니다. 하얀 김은 수증기가 찬 공기를 만나 식으면서 다시 뭉친 아주 작은 물방울입니다.
주전자 입구를 자세히 보면 바로 앞은 아무것도 안 보이고, 조금 떨어진 곳부터 하얗게 보입니다. 그 '아무것도 안 보이는 구간'이 진짜 수증기입니다. 하얗게 보인다는 것은 이미 액체로 되돌아왔다는 뜻입니다.
선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요
이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다
자주 묻는 질문
Q1증발과 끓음은 어떻게 다른가요?
둘 다 물이 수증기가 되는 현상입니다. 증발은 온도와 상관없이 물 표면에서 조용히 일어나고, 끓음은 온도가 충분히 높아져 물속에서까지 기포가 올라오며 활발하게 일어납니다. 빨래가 마르는 것은 증발, 주전자의 물이 부글거리는 것은 끓음입니다.
Q2얼음은 왜 물에 뜨나요?
물이 얼면 부피가 늘어나기 때문입니다. 같은 무게인데 부피가 커졌으니 물보다 가벼워지고, 그래서 뜹니다. 이 덕분에 겨울에 호수가 위쪽부터 얼어 물속 생물들이 살아남을 수 있습니다.
Q3냉동실에 넣어 둔 얼음이 조금씩 작아지는 것은 왜인가요?
얼음이 물을 거치지 않고 곧바로 수증기가 되어 날아가기 때문입니다. 액체 상태를 건너뛰는 셈인데, 얼려 둔 음식이 마르고 서리가 끼는 것도 같은 이유입니다.
교육과정 2022 개정 · 초4 통합과학 · 물의 상태 변화
수록 기본 (교육과정 단원)
중학교에서는 온도를 재면서 상태 변화가 일어나는 동안 온도가 어떻게 변하는지 그래프로 살펴봅니다. 물질의 상태 변화(중)로 이어 보세요.
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