저번시간에 온도에 대해 공부했는데 이런 생각 해 본적이 있나? 온도계를 보면 빨간색의 수은이 온도가 올라가면 수은도 올라가고 온도가 내려가면 수은도 내려가고.. 어떻게 수은이 알아서 올라가고 내려갈 수 있는 걸까? 이런 거 궁금해 본 적 있어? 없다고!! 절대 그런 거 궁금해 본적이 없다고~~ 참내. 궁금해하지 않는 사람에게 설명하기가 좀 그러네. 궁금해야지 내가 하는 이야기가 귀에 속속 들어갈텐데 말이야. 혹시 이미 알고 있으니깐 궁금하지 않은 것 아닐까? 그럼 아는 사람은 한번 대답을 해 볼까? 이미 중학교1학년 때 다 배운 것인데~~ 바로 “부피변화”야

수은에 열을 가하면 수은의 부피가 커지거든. 이것 때문에 온도계를 보면 수은이 올라갔다 내려갔다 할 수 있는 거지. 이것을 열팽창이라고 하는데 이런 열팽창이 일어나는 이유는 수은을 이루고 있는 분자들이 열을 받아 매우 활발하게 움직이기 때문이야. 다시 말하면 분자운동이라고 말 할 수 있지. 분자운동을 다시 한번 살펴 볼까?! 온도가 낮아지면 열에너지를 잃은 분자들이 움직임을 좀 자제하지. 그래서 분자들의 움직임이 조금씩 느려지는 거야. 분자들이 느려지니 분자들 사이의 공간도 줄어 들겠지. 이건 부피가 줄어든다는 것을 의미해. 반대로 온도가 올라가면 열에너지의 공급을 많이 받은 분자들이 힘을 팍팍 얻어 매우 활발하게 움직일거야. 그러면 분자들의 사이가 넓어지겠지. 거리가 멀어지는 것은 부피가 늘어난다는 것을 의미하는 것이구. 무슨 말인지 알겠지?!  이렇듯 어떤 물질이든 열을 가하면(열에너지를 얻으면) 분자운동이 활발해지기 때문에 부피가 늘어나는데 그 늘어나는 정도가 약간씩 달라. 예를 들어서 물, 수은, 가솔린, 에탄올, 벤젠등의 액체를 놓고 각각 1000L를 가열해서 온도를 1℃ 올렸을 때 열팽창으로 늘어난 부피는 다음과 같아.
물: 0.2
수은: 0.18
가솔린: 0.95
에탄올: 1.1
벤젠: 1.2

다 다르지? 늘어나는 정도가. 열팽창의 정도가 벤젠〉에탄올〉가솔린〉물〉수은 의 순이야. 늘어나는 정도가 작다는 생각이 들지? 하지만 액체의 열팽창의 정도가 고체보다는 큰 편이라구.

아까 온도계 이야기를 조금 했었는데 온도계는 기본적으로 온도계 안에 있는 액체가 온도에 따라 변하는 부피변화를 이용해서 온도를 측정한다는 것은 아마 알 수 있을 거야. 이런 온도계의 종류로 우리가 일단 알아야 할 것이 알코올 온도계alcohol thermometer와 수은 온도계mercury thermometer가 있어. 수은의 끓는점이 알코올의 끓는점보다 높기 때문에 수은 온도계가 측정범위는 더 넓지. 그렇지만 알코올이 수은보단 열팽창의 정도가 크기 때문에 보통 더 많이 쓰지. 참 온도계를 누가 제일 처음 만들었는지 알아? 갈릴레오야.

아~~!! 갈릴레오 모르는 구나. 미안한다. 나 때문에 모르는 구나. 내가 몇천번은 갈릴레오 이야기를 해야 조금이라도 기억을 할 텐데, 이제 겨우 몇백번 밖에 이야기를 안 했으니 미안하다. 누가 그랬더라. 부처님이 한국사람이라고~! 우주의 역사가 200년이라고 누가 말했었지? 괜찮아 이성계가 어떤 나라를 세웠냐고 했을 때 로마라는 아이들도 있었어. 대단하지 로마를 알다니...

마지막으로 물의 열팽창을 이야기 하자. 사실 이 부분은 고등학교 가면 또 배울텐데 매우 신기한 비밀을 많이 간직한 것이 물이야. 표면장력도 그렇구 모세관 현상도 신기하지. 하지만 오늘은 그런 것 보단 특이한 부피팽창을 이야기 할 거야. 물은 액체 상태보다 고체인 얼음일 때 부피가 크다는 것은 이미 다 알거야. 그렇지? (방금 알았지?! ^_^*) 하하

보통의 액체는 온도가 증가하면 부피가 팽창하지만 물은 0℃~4℃ 사이에서는 오히려 부피가 감소해. 0℃ 이하에서는 물이었다가 온도가 서서히 올라가면서 0℃를 넘어서면서 부피가 감소하기 시작을 하지. 그러다가 4℃에서 부피가 가장 작어지지. 이것을 부피가 최소가 되었다고 하는 거야. 하지만 4℃가 넘으면 온도가 증가하면서 다시 부피가 증가한다고.

그리고 하나 더 이야기 할게. 물은 얼 때 속부터 어는 것이 아니라 표면부터 물이 얼어가지. 왜 그런지 알아? 물의 부피가 0℃에서 최소였다가 온도가 올라가면서 다시 부피가 증가한다고 했었지? 이걸 반대로 생각을 하면 온도가 점점 내려가서 4℃로 내려가면 부피가 작아진다는 것이거든! 이 말은 부피가 줄면서 밀도가 늘어난다는 말이야. 그러니 밀도가 커져서 물거워지고 이렇게 무거워진 물은 밑으로 내려가는 거지. 그러면 밑에 있는 물이 위로 올라와서 얼어버리는 거야. 만일 물이 속부터 얼어버린다면 물고기들은 다 죽겠다. 그리고 아마 우리 인간도 존재하지 못했을꺼야. 물에게 감사해야지.

난 오늘 치과 간다. 매일 골골골 거리는 나를 보고 공부도 공부지만 운동을 열심히 해야 해. 나처럼 골골 거리지 말고...^ ^*

다음 시간에는 다시 원자와 주기율표로 돌아가서 공부해 보자구. 알았징~~~!!!