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과학이야기-6(열평형과 열량)

저번 시간에 이야기한 거 다 기억하지?!라고 말하고 싶지만 분명 다 잊어버리고 왔을 거라는 것은 지난 몇년간 늘 겪어 온 것이니깐 묻지 않기로 하고..ㅋㅋㅋ

다시 정리를 하자면 섭씨온도란 것은 1기압에서 물이 어는점freezing point을 0도, 그리고 끓는점boiling point은 100도로 정해 놓고(끓는점이지 녹는점melting point이 아냐!! 어디서 이상한 거 듣고 와서는 자꾸 녹는점이라고 우기는 사람있어..난 분명 끓는점, 영어로 boiling point라고 했어..!!!) 그 사이를 100등분 한 것인데 그때 한 눈금은 1도로 하는 거야. 그리고 절대온도absolute temperature라는 것도 있는데 온도는 기준을 정하는 것이 중요하다고 했지?! 잘봐봐.. 예전에 분자라는 것을 배웠지?!(그러니깐 분자 알지?!) 이 분자가 추워지면 점점 움직임이 느려지다 어느 순간에 멈추는데 이것을 절대영도absolute zero point라고 하고 이 절대영도를 기준으로 온도를 재는 것이지. 절대영도는 섭씨로는 -273도야(잘 기억해!!! 절대영도야 절대온도가 아니라) 그래서 절대온도를 알려면 섭씨온도에다 273도를 더하면 되는 거야. 왜냐고? 그건 예전에 설명했는데, 혹시 기억을 못한다면 좀 더 기다려 설명을 다시 해 줄때가 있을꺼야

아까 온도란 따뜻함과 차가움을 나타내는 것이라고 했는데 이때 따듯함과 차가움이라는 것은 결국 열heat이지. 다시 말하면 열의 이동에 의해 온도가 높고 낮은 차이가 생긴다는 거야. 그러니 아주 당연하게도 열을 얻은 것을 온도가 올라가고 열을 잃은 것은 온도가 내려가는 것이지. 이거 갑자기 진도를 팍팍 나가는 경향이 있는데 미안하지만 나중에 다시 설명을 할테니깐 기다려^^* 그리고 솔직히 이거 별로 어려운 내용아니거든...ㅠ_ㅜ;;

자 이번에는 뜨거운 물과 차가운 물이 있다고 생각해 보자. 이 두 물을 섞으면 어떻게 될까? 뜨거워질까 아니면 차가워질까? 내가 너무 유치한 질문을 했나?! 하하 나한테 너무 뭐라고 하지 말기를...전에 어떤 중학생이 뜨거워진다고 우기는 학생이 있었거든. 그때 직접 정수기에서 뜨거운 물과 차가운 물을 섞어 보여줬더니 그래도 안 믿는다고 하더라구.. 누구냐고? 묻지 말기를...

차가운 물과 뜨거운 물을 섞으면 미지근해지는데 그것을 열평형thermal equilibrium이라고 해. 즉 열이 이동을 해서 서로가 평형 상태를 이루는 것이지. 여기서 또 헷갈리는 학생들이 있는데 열이 높은 곳에서 낮은 곳으로 갈까 아니면 낮은 곳에서 높은 곳으로 갈까? 헷갈리지?! 사실 이렇게 질문한 내가 잘못이지. 하여간 뜨거운 물에 있는 열이 차가운 물로 이동을 해서 열평형을 이루는데 여기서 진짜 질문!! 열평형이 이루어지면 열의 이동이 정지한 것일까? 아니면 계속 이동하는 것일까?

하하...순간 멍해지지!! 열의 이동이 정지했다고 봐야겠지. 알겠어?! 또 질문! 열이 열평형을 이루기 위해 이동을 했다고 했었지? 그러면 열이 얼나마 이동을 했을까? 얼마나 많은 양의 열이 이동을 했을까? 분명히 서로의 온도를 맞추기 위해서는 어느 정도 열의 양이 이동을 했을 꺼 아냐? 이때 얼마나 많은 열의 양이 이동했는가가 또 궁금해지는 것이지. 이렇게 이동한 열의 양을 열량quantity of heat이라고 하는 거야.

좀 교과서 적으로 말을 한다면 “온도가 다른 두 물체 사이에서 이동하는 열의 양”이라고 말을 할 수 있지. 보통 열량은 킬로칼로리kcal로 표시를 하는데 킬로칼로리라는 것은 “물 1kg의 온도를 1도 올리는데 필요한 열량”이야. 또 그냥 칼로리cal로 표시하기도 해. 이건 “물 1g을 1도 올리는데 필요한 열량”이지. 그러므로 1kcal은 1000cal이야. 어렵다고? 이게 어려우면 미안해..내 실력으로는 더 이상 쉽게 설명 못해...sorry!!
학교에 가서 과학 선생님께 질문하면 잘 대답해 주실꺼야..

참 내가 빼먹은 것이 있는데 열량을 kcal말고 줄J로 표시하기도 하는데, 이렇게 기억해봐. 1 kcal=4200 J 이거 암기해야 하냐고 묻고 싶어지지, 그렇지?! 응!! 암기하는 것이 좋을꺼야.

온도는 높이는 것은 열의 이동이 많아지는 것이고, 열의 이동이 많아지는 것은 열량이 크다는 것인데.....이것을 자알 기억하면서 다음을 보자구..

만일 우리가 물 100g을 가열한다고 하자-여기서 갑자기 가열이 무슨 뜻이에요? 라고 물어보는 사람은 없겠지?! 가열이 영어로 뭐에요? 라고 물어보면 멋지구. 가열은 영어로 그냥 heat야- 물을 가열하면 물의 온도가 올라가지? 온도가 올라간다는 것은 열의 이동이 많아진다는 것이고 이것은 이동하는 열의 양이 많아진다는 뜻이지? 그렇지? 이것이 열량이고! 즉 물에 가해진 열량이 크다면 물도 빨리 뜨거워질테니 온도변화가 크다는 것을 알수 있어.
열량이 작으면 온도변화도 작고, 열량이 크면 온도변화도 크고..아주 간단하지. 이걸 이렇게 말 할 수 있는 거야. 물에 가해진 열량이 10이면 온도변화도 10만큼 생겨. 열량이 2배이면 온도변화도 2배이구. 그러니 열량과 온도변화는 비례한다는 것을 알수 있지. 암기할 것이 아니라 아주 당연한 이야기야.

마찬가지로 물이 100g이라는 말은 물의 질량이 100g이라는 뜻이거든. 만일 물 100g과 200g을 가열한다고 하자. 어떤 것이 빨리 뜨거워질까? 당연히 물 100g쪽이 더 빨리 뜨거워지겠지! 그러니 열량은 질량과도 비례한다고 말을 할 수 있는 거야. 물의 질량이 2배가 되면 온도를 올리기 위한 열량도 2배가 되는 것이지. 좀 더 정확하게 말하면 물 100g과 200g을  가열해서 온도를 15도까지 올릴려고 할 때, 물 200g이 15도까지 올리는데 필요한 열량은 물 100g이 15도까지 올리는데 필요한 열량의 2배라는 뜻이야. 

방금 이야기한거 이해가 안가면 질문하고 아니면 몇번씩 읽어서 스스로를 이해시켜. 모르면 문자해..씹을 테니깐...ㅎㅎㅎ

kevin

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