이번에 할 이야기는 열팽창Thermal expansion에 관한 이야기야, 아마 1학년때 온도와 압력에 따른 기체의 부피변화를 배웠기 때문에 이 단원은 쉽게 이해할 듯 한데 물론 아닌 사람도 있겠지. 아니 대부분이겠지..ㅋ 우리가 어떤 물질에 열을 가할 때 그 물질의 길이나 부피가 증가하는 것을 열팽창이라고 하는데 이러한 열팽창이 일어나는 이유가 뭐지? 바로 분자운동때문이야. 열을 가해 그 물질의 온도가 올라가면 그 물질을 이루는 분자가 열을 받아 점점 운동이 활발해지지 그러면서 각 분자간의 거리가 점점 멀어지고. 이것이 바로 부피의 변화 또는 길이의 변화가 일어나는 이유야. 열팽창이 일어나면 분자간의 거리가 멀어지니깐 당연히 분자간의 인력도 약해지겠지?! 그리고 열팽창이라고 하니깐 열수축은 없나요?라고 물어보는데 좋은 질문이야. 열수축이라는 것은 없어. 수축이 일어나는 것 또한 분자운동에 의한 것이야. 그래서 수축도 열팽창이라고 해.

그러면 여러 물질등 그러니깐 고체, 액체, 기체들이 열팽창을 할 때 누가 가장 열팽창을 잘 할까? 상식적으로 생각해 봐도 당연히 기체가 젤 팽창을 할테고 그 다음으로 액체, 제일 못하는 것이 고체이겠지?! 신기한 것이 기체는 어떤 종류의 기체이든 열팽창의 정도가 같데. 하지만 액체와 고체는 종류에 따라 열팽창의 정도가 다르고. 예를 들어 고무, 콘크리트, 유리, 철, 알루미늄을 구해서 같은 길이로 만든 다음, 똑같은 정도로 열을 가하면 고무가 제일 잘 늘어나고, 그 다음이 알루미늄, 콘크리트, 철 그리고 제일 안 늘어나는 것이 유리야. 이해하겠지. 고체는 종류에 따라 늘어나는 정도가 달라. 조심해야 할 것은 조건이 같을 경우야. 예를 들어 길이가 같아야 하고 똑같은 정도의 열을 가했을때야. 조건이 다르면 불공평하니깐 공평하게 똑같은 조건을 만들어 주는 거야.

그리고 실험에서 보면 같은 길이이지만 고무가 제일 많이 늘어났지! 이건 고무가 열팽창이 제일 많이 일어난 것인데 다시 말하면 고무 내부에서 온도변화가 가장 심하게 일어났다는 것이지. 즉 가장 빨리 뜨거워졌다는 의미야. 그러니 제일 길게 늘어난 거지. 반면에 유리의 경우, 고무랑 똑같은 길이, 똑같은 열을 가했는데 아주 조금밖에 늘어나지 않았어. 이렇게 열팽창이 적은 이유는 온도변화가 별로 많이 일어나지 않았다는 것이지. 이해하겠지! 그러므로 고체의 열팽창은(늘어나거나 줄어드는 길이는) 온도변화와 그 처음 길이와 비례한다는 것을 알 수 있어.
시험에서 잘 물어보는 것 중에 하나지. 처음 길이가 같을 때에는 온도변화에 민감한 것이 더 많이 늘어나고 온도변화가 같을 때에는 길이가 긴 물질이 더 늘어난다는 것을 꼭 기억해.

그리고 바이메탈bimetal 이라는 것이 있는데 이건 열팽창의 정도가 다른 금속 두 개를 서로 붙여 놓은 것인데, 온도변화에 따라 이 바이메탈이라는 것이 휘어지는 성질이 있어. 두 금속의 온도를 높이면 열팽창이 잘 안되는 금속쪽으로 휘어지고, 온도를 낮추면 열팽창이 잘되는 금속쪽으로 휘어지는 성질이 있는데 요걸 이용해서 자동온도조절장치를 만들기도 해. 화재 경보기나 전기다리미도 바이메탈을 사용하는 좋은 예들이지. 그림을 보면서 하면 더 좋은데, 내가 그림그리는 것이 꽝이라서 못하겠다..하하..