학원에서 중학교2학년 아이들에게 설명하듯이 적은 것입니다. 한 3~4번 정도의 이야기를 하면서 중학교 2학년 수준의 열에너지를 이야기하고, 다시 원자 이야기로 넘어갈까 합니다.

열heat과 열평형thermal equilibrium

우리가 온도계thermometer를 가지고 있다면 무엇을 할 수 있을까? 바로 온도를 잴 수 있겠지. 너무 쉬운 문제를 냈네 온도계를 모르는 사람은 없을꺼야. 아니 다들 난 온도계 정도는 안다고 생각을 하겠지. 하지만 우리가 알고 있는 온도계이외에도 온도계는 여러 종류가 있어. 기체온도계, 수은온도계, 저항온도계, 방사온도계 등등등 처음 이름을 들어보는 것도 있을 거야. 그렇지?!

그렇다면 온도라고 하는 것은 무엇일까? 선뜻 답이 안 나오지? 여기서 ‘온도가 온도지 뭐있나?!’라는 생각을 하며 적당히 넘어가지 말자구. 그러면 안돼. 일단 의심이 들면 해결을 해야지. 조금만 생각을 해보면 온도란 덥고 춥고하는 것이 아닐까? 아니면 뜨겁고 차갑고 하는 것일 수도 있고 말이야.. 조금 더 고상?하게 표현을 한다면 따뜻함과 차가움을 나타내는 것 이라고 할 수 있지.

그렇다면 말이야, 어떻게 그걸 구분하지? 만졌을 때 뜨거우면 온도가 높은 것이고 차가우면 온도가 낮은 것이라고 할 수 있을까? 물론 그럴 수도 있겠지. 하지만 그렇게 하면 헷갈려. 친구가 머리에 열이 난다고 해서 다른 친구가 머리는 만지면서 “정말 열이 있네~~”라고 하는데 내가 만졌을때는 전혀 모르겠는 경우가 있지. 그냥 ‘난 전혀 모르겠는데~’하는 때가 있을 수 있단 말이야. 그래서 온도가 높다 또는 낮다라고 하려면 기준이 필요해.

생각해봐. 어느 정도의 기준을 만들어서 그 기준보다 높으면 온도가 높은 것이고 그 기준보다 낮으면 온도가 낮은 것이라고 하면 더 편리 할꺼야. 그렇다면 그 기준을 어떻게 정할까?
옛날 과학자들은 이 온도의 기준을 어떻게 정할까하고 많이 고민을 했지. 그때 등장한 분이 바로 1742년 스웨덴의 천문학자 안데르스 셀시우스Anders Celsius 라는 분이지. 이분이 만든 것이 바로 섭씨온도Celsius temperature scale야.
섭씨는 1기압에서 물이 어는점을 0도, 끓는점을 100도로 정해 그 사이를 100등분한 것인데 ℃로 표시하지. 원래 '섭씨(攝氏)'라는 것은 셀시어스Celsius의 중국어 '섭이사'(攝爾思)에서 유래한 것이야. 여기서 1기압이 뭐지? 라는 의문이 들꺼야!

먼저 기압 air pressure 이라는 말을 알아보자. 먼저 TV에서 나오는 고기압high atmospheric pressure 그리고 저기압 low atmospheric pressure 라는 말을 들어 본적이 있을 꺼야. 기압이란 공기의 압력이라는 것인데 주변보다 공기의 압력이 높으면 고기압이라고 하고 주변보다 공기의 압력이 적으면 저기압이라고 하는 거야. 중요한 것은 “주변보다~!”라는 거야. 주변과 비교해서 그렇다는 것이야.

잘 생각해봐. 공기의 압력이 크다라는 것은 무얼 뜻하는 말일까? 일단 공기가 많아야 겠지. 반대로 공기의 압력이 적다라는 것은 공기가 적다는 것이고. 그럼 주변에 비해 공기가 많다라는 말은 주변이 바로 공기가 적다라는 의미가 되는 것이지. 그러므로 고기압 주변은 바로 저기압이 되는 거야. 간단하지...초등학생도 이해 할 수 있는 것인데 중학생이 헷갈리면 안되는 거야. 그럼 고기압지역에서는 공기가 많으니깐 저기압으로 빠져 나가야 겠지.

기압에 대한 다른 예는 주사기나 분무기가 있어 이것도 역시 공기의 압력차에 의한 것이지 주사기나 분무기 안쪽은 공기의 압력이 큰 것이고 바깥쪽은 공기의 압력이 주사기 안쪽보다는 작은 것이야. 이해가 좀 되니? 그리고 1기압이라는 것은 가로 세로가 1cm인 면적에 공기가 누르는 힘이라고 대충 이해하면 될꺼야. 이건 토리첼리의 실험을 이야기해야 하는데 나중에 해줄게. 그 분은 기압을 알아내기 위해 수은을 사용했지. 위험천만한 일이야.
에이 그냥 간단히 이야기하자. 그 실험이 뭐냐 하면 일단 준비물이 필요해. 큰 통과 유리관이 필요해. 보온병처럼 생긴 유리관이지. 그리고 큰통과 유리관에 수은을 담고-따라하지 말 것- 유리관에서 수은이 흘러내리지 않도록 주의하면서 큰통에 넣어 세우는 거야. 그러면 어떤 일이 생기냐하면 유리관을 꽉 채운 수은이 점점 줄어들게 되지. 그러다가 어느 정도가 되면 멈추는데 이때 바닥부터 수은이 멈춘데까지 높이를 채면 약 76cm 가 되. 이것을 1기압이라고 하는 거야. 76cm에서 수은의 높이가 멈추는 것은 큰통에 들은 수은을 주위의 공기가 누르고 있기 때문이야. 그러니 유리관 속은 76cm까지 올라간 수은과 나머지 빈 공간, 즉 진공상태가 있는 것이지. 이건 토리첼리가 살 던 시절에는 정말 대단한 발견이었어. 진공상태를 발견한 것이니까..왜 그럴까는 나중에 이야기 할께..
더 자세한 것은 정말 나중에 이야기 하자. 학교시험 잘 보려면 빨리 진도 나가서 몇가지 설명을 더 해야 하니깐...^ ^* 참!! 난 문제는 안 풀어준다. 알아서 풀도록..ㅋㅋㅋ