중단원미리보기 열의이용viewpds.jihak.co.kr/tsoldb/%ea%b5%90%ea%b3%bc%ec%84%9c%eb...비열...
TRANSCRIPT
비열
음식을뚝배기와금속냄비로데울때어떤차이가있
을까?
중단원 미리 보기
212 Ⅴ. 열과우리생활
22-1 비열 2-2 열팽창 2-3 열에너지의이용
Ⅴ.
열과
우리
생활
열의이용
뚝배기
금속냄비
열량11111113질량_온도변화
해풍과육풍
고체, 액체, 기체의
열팽창
체온유지
일상생활에서의
열의이동
단열, 폐열의이용
해결과제:
지구온난화
단원의개념구조
열의이용
열에너지의
이용
비열
열팽창
▶음식을뚝배기로데울때에는금속냄비에비해데우는속도가
느려서천천히데워진다. 하지만, 일단데우고나면식는속도역시
느리기때문에뚝배기에데운음식은오랫동안따뜻함이유지된다.
금속냄비에음식을데우면빨리데울수있지만, 빨리식는다.
212~237 5단원-재 2013.2.8 10:35 AM 페이지212 DK
열에너지의이용
열의이동을이용하면주변공기를차갑게할수
도있고, 열을잘차단하면뜨거운물을오랫동안
보관할수도있다.
우리주변에서발생하는열은어떻게이용될까?
열팽창
길게 뻗은 철로나 강, 바다 위에 건설된
긴다리에는이음새가있다. 이러한이음
새를만들어놓은이유는무엇일까?
2. 열의이용 213
우리는맛있는음식을조리하기위해열을이용하고, 열에의해물질이팽창하거나수축하는현상을생활
에이용하기도한다. 또한난방장치로실내온도를높이기도하고, 에어컨으로실내온도를낮추기도하며,
다양한장치로열을차단하기도한다. 열에너지는우리생활에어떤영향을미칠까?
철로의이음새
보온병
단열재
다리의이음새
에어컨
▶물체는온도에따라팽창과수축을하는데, 온도가올
라가면대체로물체의부피가커지게된다. 여름철철로나
다리가팽창을할경우철로와다리에이음새를만들어놓
지않으면, 철로나다리가휘어지는등위험한일이발생
할수가있다.
▶에어컨은시원한냉매를이용하여기존의공기를차갑
게하는것을통해냉방효과를보는장치이고, 보온병은
뜨거운열이병밖으로나가지못하도록설계를하여물을
오랫동안따뜻하게보관하는장치이다.
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:4 PM 페이지213 DK
뚝배기는금속냄비보다천천히뜨거워지고천천히식는다. 이것은뚝배기가
금속냄비에비해온도변화가잘일어나지않기때문이다. 이와같이물질마다
온도변화가다른것은비열이다르기때문이다. 여기서비열은어떤물질 1 kg
의온도를 1æ 높이는데필요한열량을말한다. 따라서비열은다음과같이구
하며, 단위는 kcal/(`kg¥æ)를주로사용한다.
위의식을이용하면어떤물질이얻거나잃은열량을그물질의비열을써서
나타낼수있다. 또한, 물질의질량이같다면같은열량을가했을때비열이작
을수록온도변화가크고비열이클수록온도변화가작게나타난다는사실도
알수있다.
그렇다면물질에따라비열이어떻게다른지알아보자.
214 Ⅴ. 열과우리생활
Ⅴ.
열과
우리
생활
가정이나식당에서찌개나탕과같은음식을끓일때종종뚝배기를사용한다. 뚝
배기는금속냄비와달리쉽게데워지지않지만, 일단 데워지면잘식지않아오랜
시간동안따뜻한음식을먹을수있기때문이다. 금속냄비와뚝배기처럼우리주위
에는같은열을받아도온도변화가다르게나타나는물질들이있다. 그이유는무엇
일까?
비열2-1
물의비열
물의 비열은 1 kcal/(kg¥æ)인데
이는물 1kg의온도를 1æ높이는
데 1 kcal의열이필요하다는의미
이다.
열량
비열이 c이고 질량이 m인 물체의
온도를 t만큼 변화시킬 때 필요한
열량Q는다음과같다.
Q=c_m_t
•물체에 따라 비열이 다름을 설
명할수있다.
•질량이 같은 두 물체의 비열을
비교할수있다.
•비열이다르기때문에나타나는
현상의예를들수있다.
학습 목표
비열=열량(`kcal)
질량(kg)_온도변화(`æ)
⋯ •비열의뜻과물질에따라
비열이다른것을이해하게한다.
•질량이다른두물체의비열을측정
하고비교한다.
•일상생활에서비열이다르기때문에
나타나는현상을예를들어설명한다.
Tip수업
⋯ 같은열원으로가열하여도재질에따라온도변화가다르게나타나는
조리기구의예를생각해보게하고, 자신의경험을발표해보도록한다.Tip수업
물질의비열
비열은물질마다다르므로물질의특성이다. 일반적으로비열은액체가금속보다크며, 특히물의비열은
다른물질에비해훨씬크다. 물과얼음의비열이다른것처럼같은물질이라도그물질의상태에따라비
열이달라진다.
비열의단위
kcal/(kg¥æ), cal/(g¥æ)
비열, 열량, 온도변화
의관계
보충자료
•질량이 같을 때: 비열이 클수록
온도를변화시키는데많은열량
이필요하다.
•열량과 질량이 같을 때: 비열이
클수록온도변화가작다.
→비열•1
온도변화
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:4 PM 페이지214 DK
2. 열의이용 215
질량이 같은 두 물질의 비열을 비교
할수있다.
스탠드, 핫플레이트, 저울, 비커, 온
도계, 초시계, 단열장갑, 물, 모래
목·표
준·비·물
실험·관찰(동영상)질량이같은두물질의비열비교
1⃞같은열량을가했을때온도변화가물질마다다
른이유는무엇인가?
2⃞같은 물질에 열을 가할 때 온도 변화는 질량과
어떤관계가있는가?
유·의·점
1. 온도계의 구부가 비커 바닥에 닿
지 않도록 하고 비커 바닥으로부
터같은높이가되도록설치한다.
2. 가열 장치에 의해 화상을입지않
도록주의한다.
3. 모래의 종류나 모래에 섞인 수분
의 양 등 여러 가지 이유로 실험
결과가달라질수있다.
1물과모래의온도변화를시간에따라표와그래프로나타내보자.
2같은열량을가했을때온도변화가더큰물질은어느것인가?
3물과모래중비열은어느것이더큰가?
시간(분)
온도(
)#
0 2 4 6 8 10
100
80
60
40
20
물
모래
시간(분)
물(æ)
모래(æ)
0
20
2
23
4
26
6
29
8
32
10
35
20 35 50 65 80 95
결과
해석
탐구 활동
물과 식용유를 준비하여 위의 실험을 반복해 보
고, 물과식용유의비열의크기를비교해보자.
한 걸음 더
❶물과모래를각각 200g씩넣은두비커의중심부분에온도계를설치한다.
❷두비커를핫플레이트위에올려놓고동시에가열한다.
❸ 2분간격으로물과모래의온도를측정하여기록한다.
과정
창의·인성
실험에서는다양한요인에의해위의예
시와같은결과를얻기어려울수도있
다. 따라서결과가제대로나오지않는
다면정성적인비교를할수있도록하
고그원인을학생들에게찾아보게하는
것도좋다.
▶온도변화는모래가물보다크다.
▶비열은물이모래보다5배정도더크다.
▶물질마다비열이다르기때문이다.
▶물의비열이식용유보다2.5배정도크다.
▶같은물질이면비열이같으므로온
도변화는질량에반비례한다.
온도변화`=`열량
비열_질량
물질 비열(kcl/kg¥æ)
물
식용유
1
0.40
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:4 PM 페이지215 DK
216 Ⅴ. 열과우리생활
어떤물질을가열할때그물질의온도는시간에비례해서높아진
다. 하지만각물질의비열이서로다르므로다른물질을같은시간
동안가열하면시간에따른온도변화가다르게나타난다. 즉, 비열
이작은물질은비열이큰물질보다온도변화의폭이크다. 예를들
어질량이같은물과식용유에같은열량을가하면식용유의온도변
화가더크게나타나는데, 이는식용유의비열이더작기때문이다.
일반적으로상온에서고체는액체에비해비열이작다. 예를들어,
철의비열은물의약 ;1¡0;배이므로같은질량의물과철에똑같은열
을가하면물의온도가 1æ만큼변할때철의온도는약 10æ만큼변한다.
비열은물질의특성으로서, 물질들마다고유한값을가지므로비열을이용하면
물질을구별할수있다.
물 1 kg과유리 1 kg에똑같은열을가했을때어느것의온도가더많이올라갈까?
O시간
온도
식용유
물
그림Ⅴ-̀15 비열차이에의한온도변화
그림Ⅴ-̀16 여러가지물질의비열
물 1.00kcal/(kg¥æ)
알루미늄 0.22 kcal/(kg¥æ)
철 0.11 kcal/(kg¥æ)
알코올 0.58 kcal/(kg¥æ)
유리 0.20 kcal/(kg¥æ)
식용유 0.40 kcal/(kg¥æ)
모래 0.19 kcal/(kg¥æ)
구리 0.092 kcal/(kg¥æ) 은 0.056 kcal/(kg¥æ)
식용유의비열이물보다더작기때
문에온도변화의폭이크게나왔다.
같은 시간동안 가열하더라도 비열이
작은물질이온도변화의폭이크다.
▶물의비열이유리의비열보다5배정도크므로물1kg과유리1kg에똑같은열을가하면유리의온도가5배정
도더많이올라간다.
일반적으로액체의비열은
고체의비열보다크다.
암석의부스러기인모래는암석의종류, 알갱이의
크기에따라비열이다르다.
구리는철에비해비열이매우작고녹이슬지않
아난방용배관으로많이사용된다.
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:4 PM 페이지216 DK
2. 열의이용 217
비열과우리생활
우리는주변에서비열과관련있는여러가지현상을경험할수있다.
바다에서육지로부는바람을해풍이라고하고, 육지에서바다로부는바람을
육풍이라고한다. 그런데해풍은주로낮에불고, 육풍은주로밤에분다. 낮에는
태양열에의해비열이작은육지의온도가빨리올라가고, 비열이큰바닷물의온
도는천천히올라간다. 따라서빨리데워진육지쪽의공기는위로올라가는데이
때데워진공기가빠져나간공간을채우기위해바다에서육지로공기가이동하
므로해풍이분다.
밤이되면육지가빨리식고바닷물이천천히식으므로낮과는반대로육풍이
분다. 내륙지방은해안지방에비해연간기온차가큰데, 이또한육지와바닷물
의비열이다르기때문에나타나는현상이다.
한편, 뜨거운여름날태양이내리쬐는해수욕장의모래는뜨겁지만바닷물은
차갑다. 그러나밤이되면오히려바닷물보다모래가더차가워진다. 이는모래의
비열이물보다작아서모래가물보다빨리뜨거워지고빨리식기때문이다.
바다 바다 육지 육지
육풍
빨리 식음
천천히 식음
빨리 데워짐
해풍
천천히 데워짐
비열의차이가바람의방향도바꿀수있구나.
그림Ⅴ-̀17 해풍_̀ 낮동안바람은바다에서육지로분다. 그림Ⅴ-̀18 육풍_̀ 밤동안바람은육지에서바다로분다.
해풍과육풍이부는이유는무엇인가?
아래 문장 중 틀린 곳에 밑줄
을긋고, 알맞게고쳐보자.
비열은 물질마다 다른 고
유한 값으로 일반적으로
고체보다 액체의 비열이
작다. →크다
스스로해결하기
⋯ 이전 교육과정에서는 해풍
과육풍이부는원리를열용량(=비
열_질량)으로 설명하였지만 개정
교육과정에서는해풍과육풍이부는
원리를비열로설명한다.
Tip수업
①낮에는육지가바다보다먼저데워진다.
②육지의따뜻한공기가위로올라간다.
③빈자리로찬공기가밀려들어온다.
④바다에서육지로해풍이분다.
①밤에는육지가바다보다먼저식는다.
②바다의따뜻한공기가위로올라간다.
③빈자리로찬공기가밀려들어온다.
④육지에서바다로육풍이분다.
▶해풍과육풍이부는이유는육지와바다의비열차이때문이다. 낮에태양이비추면비열이작은육지가더빨리
데워져공기가위로상승하며, 빠져나간공간을채우기위해바다에서육지쪽으로공기가이동하므로해풍이분
다. 반대로밤에는육지가더빨리식어공기가아래로내려오면서육지의공기가바다쪽으로이동하므로육풍이
분다.
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:4 PM 페이지217 DK
218 Ⅴ. 열과우리생활
우리는비열이큰물질을일상생활에서유용하게사용한다. 특히물은다른물
질에비해비열이매우큰편이다. 따라서물은한번데워지면잘식지않고차가
워지면오랫동안차가운상태를유지하므로, 보일러와같은난방장치또는자동
차나기계의냉각장치등에많이사용된다.
과거우리조상들도비열의원리를이용하였다. 특히집을지을때나무나흙을
많이사용하였는데이렇게지은집은오늘날의금속이나콘크리트로지은집에
비해겨울에는따뜻하고여름에는시원함을유지할수있다. 나무나흙은비열이
커서겨울에는쉽게차가워지지않고여름에는쉽게데워지지않기때문이다. 따
라서우리의전통가옥은매우과학적인건축물이라고할수있다.
보일러
온수관
그림Ⅴ-̀19 보일러와온수관_̀ 비열이큰물을이용하여오랫동안따뜻한상태를유지할수있고, 온수관의길
이가길수록난방효과가좋다.
뜨거운밥을쇠그릇과사기그릇에똑
같이담을때쇠그릇이더빨리뜨거
워지는이유는무엇일까?
개념확인하기자기
주도
학습일상생활에서비열이큰물질또는작
은물질을사용해야좋은경우의예를
찾아보자.
생활속문제해결하기
달 표면에서 낮과 밤의 온도는 어느
정도인지알아보고, 비열과관련지어
온도차이를설명해보자.
생각확장하기
물의비열보충자료
물의비열은매우커서다른물질에
비해온도가쉽게올라가지않으며,
식을 때도 천천히 식는다. 예를 들
어여름철물속이시원한것은물의
온도가기온보다상대적으로덜올
라갔기때문이다. 물은다른물질에
비해녹는점과끓는점이높고, 융해
열과기화열이크다. 융해열이란얼
음이물로변하면서흡수하는열을
말하며, 기화열은물이수증기로변
하면서흡수하는열을말한다.
사람은체중의약 70%가물이며,
체액및혈액으로채워져있어서외
부의큰기온차에도불구하고일정
한체온을유지할수있다.
콘크리트와 나무의 열전도율 값을 비교
해보면, 나무의열전도율이더낮다. 이
와 같이 나무가 콘크리트보다 열전도가
잘안되는것은난방에도움이되는요
소라고할수있다.
▶ 쇠그룻이사기그룻에비해비열이작기
때문에뜨거운밥을담으면쇠그릇이더빨리
뜨거워진다. 또한쇠그릇이사기그릇보다열
전도가더잘되기때문이기도하다.
▶•비열이커야좋은예: 냉난방장치에사
용되는 물이라든지, 음식을 오랫동안 뜨겁
게유지하는뚝배기등이있다.
•비열이작아야좋은예: 냉난방장치에사
용되는 구리관, 음식을 빨리 데울 수 있는
금속냄비등이있다.
▶달표면의온도는낮에태양빛을받을때
는 120æ까지올라가고, 밤에는-170æ까
지 내려간다. 이처럼 온도 변화가 큰 이유는
달에는지구와달리물이없어표면의비열이
작기 때문이다. 또한 대기가 없어 태양 복사
에너지를가두지못하는것도낮과밤의온도
변화가커지는이유가된다.
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:4 PM 페이지218 DK
2. 열의이용 219
가마솥의 비밀
시골의전통가옥이나토속음식을파는음식점에서는커다란가마솥을
이용하여밥을짓는다. 가마솥은철로만들어져쉽게가열되므로아래쪽
은밥이타고위쪽의밥은설익을것같은데, 많은양의밥을해도골고루
잘익어밥이찰지고맛있다. 그이유는무엇일까?
먼저가마솥은다른솥에비해상당히무겁다는데그비밀이있다. 질
량과비열을곱한것을열용량이라고하는데, 열용량이클수록온도변화
가잘일어나지않는다. 가마솥은비열이작은편이지만매우무거워서열
용량이크다. 따라서열을가하더라도천천히뜨거워지므로오랫동안높
은온도를유지할수있다. 또우리나라전통가마솥뚜껑의무게는전체
의 ;3!;이될정도로무거운데, 무거운뚜껑은수증기가잘빠져나가지못하
게하여내부의압력을높이는역할을한다. 내부압력이높으면물이 100æ보다높은온도에서끓게
되므로쌀을잘익힐수있으며, 뜸을들일때에도높은온도가유지되어밥맛을좋게한다.
가마솥의구조도가마솥내부의전체온도를일정하게유지시키는역할을한다. 가마솥은둥근바
닥한가운데가가장두껍고가장자리로갈수록얇아지는입체적인구조로되어있어전도에의해열
이전달될때솥내부로골고루열을전달한다.
이렇듯가마솥은열과관련된여러가지원리가복합적으로적용된매우과학적인도구라고할수
있다. 현재대부분의가정에서는전기밥솥을이용하여밥을짓는데과거의전기밥솥은밑바닥만가열
하는방식이었다. 하지만최근에는밥맛을좋게하고다양한종류의밥맛을내기위해열이잘전도되
는금속을이용하거나밥솥둘레까지가열하는방식을많이이용한다. 이는가마솥에담긴우리조상
의슬기를응용한것이라고볼수있다.
가마솥과압력
쌀이잘익으려면대기압(1기압) 이상의압력이필요한데, 가마솥의솥뚜껑은매우무거워,
내부압력이대기압이상으로올라가게된다. 그러면밥이100æ이상에서지어지므로쌀이
충분히익게된다. 또솥뚜껑이무거운만큼쉽게식지도않기때문에뜸도잘들게된다.
가마솥의모양
가마솥의바닥모양이둥글기때문에열이입체적으로전달되며불에먼저닿는부분은바닥
두께가두껍고가장자리부분은얇아열을고르게전달시켜밥이잘된다.
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:4 PM 페이지219 DK
열팽창2-2
•물체가열팽창하는이유를분자
운동모형으로설명할수있다.
•물체에 따라 열팽창 정도가 다
름을설명할수있다.
•열팽창의 활용을 예를 들어 설
명할수있다.
다리나철로를이루고있는콘크리트나철은온도가높은여름에는팽창하여길
이가늘어난다. 따라서약간의틈을두면다리가틀어지거나철로가휘는것을예
방할수있다. 또한전신주와전신주사이의전깃줄은조금늘어져있는데, 그이
유는전깃줄이너무팽팽하게되어있으면추운겨울에수축하여길이가줄어들
면서끊어질수있기때문이다.
바이올린이나첼로와같은현악기는온도가조금만변해도줄
이늘어나거나줄어들어음이달라지기도한다. 이때문에연주
자들은연주하는장소의온도에따라악기의음이변하지않도록
많은신경을쓴다.
이와같이물체가열을받아온도가올라가면길이나넓이, 부피가늘어나면
서팽창하는현상을열팽창이라고한다.
220 Ⅴ. 열과우리생활
Ⅴ.
열과
우리
생활
철로와철로사이의틈은여름과겨울중언제더좁을까?
강을가로지르는큰다리는보통여러개의판으로이어져있는데판과판의이음새
에는약간의틈이있다. 이러한틈은철로이음새에서도관찰할수있다. 틈이있으면
자동차나기차가지날때덜컹거리는소음이발생하는데에도이렇게장치하는이유는
무엇일까?
그림Ⅴ-̀̀20 바이올린
학습 목표
⋯ •물체가 열팽창하는 이유
를분자운동모형으로설명하고물
체에따라열팽창정도가다름을탐
구활동을통해설명한다.
•물질의 종류에 따라 열팽창 정도가
다름을안다.
Tip수업
물질의상태에따른열팽창정도
기체>액체>고체
▶다리나철로를이루고있는콘크리트나철은온도가높은여름에는팽창하여
길이가조금더늘어나므로약간의틈을두어틀어지거나휘는것을예방한다.
온도가높아줄이늘어나게되면음이낮
아지게되고, 온도가낮아팽팽함이강해
지게되면음이높아지게된다.
▶철로와철로사이의틈은여름에더좁다. 왜냐하면여름에는철로의길이가조금더늘어나기때문에틈이좁아
지는것이다.
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:4 PM 페이지220 DK
유리 알루미늄 구리 은
열팽창은열을받아온도가높아진물체의분자운동이
더활발해지면서분자들이더넓은공간을차지하기때문
에일어난다. 즉, 물체가열을받으면분자사이의평균
거리가더멀어지므로부피가늘어난다.
고체의경우팽창하는정도는물질의종류에따라다른
데우리주변에서흔히볼수있는몇가지고체물질의
열팽창정도를나열하면다음과같다.
2. 열의이용 221
열을 얻음
분자 사이의 거리가 가깝다.
분자 사이의 거리가 멀다.
그림Ⅴ-̀̀21 열팽창과분자운동
그림Ⅴ-̀̀22 고체의열팽창
열팽창정도가작다. 열팽창정도가크다.
철
쇠고리, 쇠구슬, 가스토치, 면장갑준비물
해 보기 실험고체의열팽창
해석
1⃞ 과정 ❶~❸에서 각각 쇠구슬이 쇠고리를 통과하는가?
2⃞ 쇠고리를 가열했을 때와 가열하지 않았을 때의 차이는
무엇일까?
3⃞ 과정 ❷와 ❸의 결과가 나타난 이유를 토의해 보자.
창의·인성
과정
❶쇠고리를가열하지않은상태에서쇠구슬을쇠고리에통과시켜본다.
❷쇠고리를가스토치로충분히가열한다음쇠구슬을쇠고리에통과시켜본다.
❸쇠고리는그대로두고쇠구슬을가스토치로가열한다음쇠구슬을쇠고리에
통과시켜본다.
※유의점
가열한쇠고리또는쇠구슬에화상을입지않도록주의한다.
⋯ •쇠구슬과쇠고리를가열하고나
서 시간이 어느 정도 지나면 식어서 다시
수축되기 때문에 재실험을 위해서는 다시
가열을해야한다.
•토치에 불을 붙일 때는 반드시 불을 먼저
토치입구에갖다댄후, 천천히가스를틀
어야한다.
Tip수업
▶❶과❸에서는통과하지못하고, ❷에서는통과한다.
▶쇠고리를가열하면쇠고리가열팽창을하게되어고리의크기가커지기때문에쇠구
슬이통과할수있게된다.
▶❷에서쇠고리를가열하면쇠고리가커지기때문에쇠구슬이통과한다.
❸에서는쇠구슬도커지기때문에쇠고리를통과하지못한다.
물질의열팽창정도
물질을이루는분자의크기나결합상태가물질마다다르기때문에
물질의종류에따라열팽창정도가다르다.
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:4 PM 페이지221 DK
222 Ⅴ. 열과우리생활
물이나음료수를병에넣을때에는가득채우지않는다. 이것은액체도고체와
마찬가지로온도가높아지면팽창하여병이깨질수있기때문이다. 액체의열팽
창정도는고체보다크기때문에액체를가열하거나냉각시키면부피가변하는
모습을쉽게볼수있다.
액체역시열을받으면분자들의운동이활발해져서분자사이의평균거리가
멀어지기때문에팽창하며, 팽창하는정도는물질의종류에따라다르다. 알코올
이나수은은온도변화에따라팽창하는정도가다른물질에비해크기때문에온
도계에많이이용된다.
한편, 열기구는기체의열팽창을이용한비행기구이다. 공기보다가벼운헬륨
과같은기체를거대한풍선안에채운후가열하면기체가팽창하면서부피가커
진다. 부피가커지면주위의공기보다가벼워지므로위로뜨는힘을받을수있
다. 반대로, 풍선안의기체의온도가내려가면무거워지면서기구전체의
무게에의해아래로내려오게된다.
검색
여러 가지 액체의 열팽창 정도를
조사해보자.
인터넷 과학 세상속
액체의열팽창
그림Ⅴ-̀̀24 열기구_̀ 기체의
열팽창을이용한다.
고체와 액체를 같은 온도만큼 변화시켰을 때 팽창하는 정도가
더큰것은무엇인가?
열팽창비교
일반적으로물질의열팽창정도는
‘고체<액체<기체’순이다.
➞냉각
부피가감소하여유리관의물높이가
낮아진다.
부피가팽창하여유리관의물높이가
높아진다.
가열
그림Ⅴ-̀̀23 액체의열팽창
액체열팽창의이용보충자료
•온도가높아지면음료수가팽창하여병이깨지는것을막기위하여물이나음료수를병에넣을때는가득채우지않고빈공간을남겨둔다.
•수은이나알코올은온도변화에따라팽창하는정도가일정하며, 다른물질에비해크기때문에온도계에많이이용된다.
▶일반적으로액체가팽창하는정도가더크다.
▶열기구가올라가는원리: 열기구내기체를가열하면풍선
의부피가커지고, 부피가커지면같은부피에해당하는주
변공기의무게보다가벼워지므로위로뜬다.
▶열기구가내려가는원리: 온도가내려가면풍선의부피가
작아지게되고, 부피가작아지면같은부피에해당하는주
변공기의무게보다무거워지므로아래로내려간다.
가열된삼각플라스크를냉각시키면부피가
감소하여유리관속물의높이는낮아진다.
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:4 PM 페이지222 DK
가스관_̀ 아파트의외벽에설치된가스관은중간부분이구부러져
있는데, 이것은가스관이열팽창에의해여름철에팽창하거나겨울
철에수축하여일어날수있는파손에대비하기위한것이다.
다리_̀ 철이나콘크리트를이용한건물이나다리는열에의한수축이나팽창을고려하여교각이음새에공간을두어설계한다.
2. 열의이용 223
열팽창과우리생활
온도가변하여물체의부피가늘어나거나줄어드는것
을이용한예는일상생활에서매우다양하다.
그림Ⅴ-̀̀25 에펠탑_̀ 에펠탑은높이가
320m 정도이지만, 여름에는열팽창에의
해겨울보다약 12cm더늘어난다.
금문교_̀ 길이가 2825m의 현수교로, 겨울에 비해 여름에 길이가 1m정도더길다.
그밖의열팽창보충자료
•금속테안경: 안경알보다금속테의열팽창
이더크기때문에안경의알이빠지는경우
가있다.
•충치가생기면그부분을긁어내고금으로치
아를 메우거나 덮는데, 이것은 금이 치아와
열팽창정도가비슷하기때문이다.
대부분의고체는열팽창률이크지않지만
교량이나철로와같은큰구조물을건설할
때에는열팽창의효과를고려해야한다.
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:5 PM 페이지223 DK
전신주와전신주사이의전깃줄에서도열팽창현상이나
타난다. 더운여름날구리로된전깃줄은아래로늘어져있
다. 이것은전깃줄의온도가올라가면서전깃줄이팽창하여길이가길어지기때
문이다.
이러한열팽창은우리생활주변에서작은규모로일어나기도하지만지구전체
적으로일어나기도한다. 예를들어, 지구온난화로바닷물의온도가올라가면열
팽창에의해해수면이상승할수있다. 바닷물의온도가올라가면서바닷물의분
자운동이활발해지고, 분자운동이활발해지는만큼분자사이의거리가증가하
여바닷물의부피가증가하는것이다.
최근우리나라동해의해수면도과거에비해상승하였는데, 이것은동해의수
온이상승하였기때문에일어난바닷물의열팽창효과로볼수있다.
우리는일상생활에서열팽창현상을편리하게이용하기도한다.
유리병에금속으로된병뚜껑이꽉끼어잘열리지않는경우가있다. 이때
유리병전체를뜨거운물속에담갔다가열면잘열린다. 그이유는같은열
을가했을때유리에비해금속의팽창하는정도가커서금속뚜껑이헐거워
지기때문이다.
224 Ⅴ. 열과우리생활
그림Ⅴ-̀̀27 유리병의뚜껑이잘열리지않는경우_̀ 유리보다금속의열팽창
정도가더큰것을이용하여열수있다.
그림Ⅴ-̀̀26 계절에따른전깃줄의모습_̀ 전깃줄은더운여름에는
팽창하여늘어지고, 추운겨울에는수축하여팽팽해진다.
바닷물온도상승→분자운동활발→분자사이의
거리가멀어짐→부피증가→해수면상승
대기로부터열을받은바다는순환에의해수천m 깊은곳까
지섞이면서바다전체온도가올라가게되고이에따라바닷
물이열팽창하면서해수면이상승하게된다.
비슷한예
끼어서빠지지않는그릇의안쪽에는찬물을넣고바깥에는뜨거운물을붓는다.
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:5 PM 페이지224 DK
2. 열의이용 225
일상생활에서사용하고있는전열기, 전기밥솥, 전기다리미, 전기장판등과같
은전기기구에는자동으로전원을차단하는자동온도조절장치인바이메탈이
들어있는데, 바이메탈은열팽창정도가서로다른금속을응용하여만든것이다.
바이메탈에열이가해져온도가높아지면열팽창정도가큰금속이더많이늘
어나므로열팽창정도가작은금속쪽으로휘어지는특성이있다.
바이메탈이이용되는전기다리미의경우온도가미리정해진온도이상으로올
라가면열팽창정도가작은금속쪽으로바이메탈이휘어진다. 이렇게되면접점
이떨어지면서전류가흐르지못해온도가더이상올라가지않는다. 그리고온도
가내려가면바이메탈이펴지면서접점이붙게되어전류가흐르므로온도가다
시올라가게된다. 이와같은작동을반복하면서전기다리미는일정한온도를유
지하게된다.
접점이 붙는다.
열팽창이 큰 금속
열팽창이 작은 금속
접점이 떨어진다.
전류가 흐르지 않는다. 전류가 흐른다.
온도가 높을 때 온도가 낮을 때
그림Ⅴ-̀̀31 전기다리미의
온도조절(바이메탈의원리)
그림Ⅴ-̀̀28 전열기 그림Ⅴ-̀̀29 전기밥솥 그림Ⅴ-̀̀30 전기장판
고체나액체가열을받으면팽
창하는이유를설명해보자.
개념확인하기
금속 고리를 가열하면 가운데 구멍의 크기는
더커질까, 작아질까? 그이유를설명해보자.
응용문제해결하기
생활주변에서열팽창을이용하는예
를조사해보고, 그원리를알아보자.
과학과공학연관짓기자기
주도
학습
바이메탈보충자료
바이메탈(̀Bimetal)은두(̀bi) 금속
(metal)이라는뜻으로열팽창계수
가다른두종류의얇은금속을포
개어붙여서만든다. 온도가높아지
면열팽창계수가큰쪽이더많이
팽창하면서열팽창정도가작은금
속 쪽으로 휘어진다. 그리고 다시
온도가내려가면원래상태로돌아
온다.
부피팽창
물질이열을받아온도가올라갔을때
어느한방향으로의팽창을선팽창, 모
든 방향으로 팽창하여 부피가 커지는
것을부피팽창이라고한다.
▶원리: 온도상승→열팽창이더큰금속이많이늘어남→열팽창이작은금속쪽으로휘어짐→접점이
떨어지면서전류차단→식으면원래대로펴지면서접점이붙음→전류가흐르므로온도가올라감.
▶ 금속고리를가열하면금속고리를구성하는분자들
사이의간격이모든방향으로늘어나면서가운데구멍의
크기는더커진다.
▶고체나액체가열을받아온도가
높아지면물질을구성하는분자들의
운동이더활발해진다. 따라서분자
사이의간격이멀어지고, 부피는증
가한다.
▶•콘크리트로도로를만들때는열팽창에의해균열이생기는것을막기위해
일정한간격으로틈을두고만든다.
•인공치아나충치를치료할때는치아와열팽창정도가같은재료를사용한다.
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:5 PM 페이지225 DK
Ⅴ.
열과
우리
생활
열은 체온을 유지하거나 음식을 익히는 데 사
용되기도 하고 냉난방과도 밀접한 관계가 있다.
또한 전 지구적으로 일어나는 열 현상은 지구의
기후를 변화시키는 원인이 되기도 하면서 우리
생활에큰영향을미친다.
예를들어, 지구온난화로해수가팽창하고빙
하가 모두 녹는다면 바닷물의 높이가 높아져 많
은지역이바닷물에침수될것이다.
이처럼우리생활과밀접한관계가있는열현
상을다양한예를통해알아보자.
열에너지의 이용2-3•일상생활에서 열에너지와 관련
된다양한예를찾을수있다.
•우리주변의여러가지열현상
을 열의 이동 방법과 관련지어
설명할수있다.
학습 목표
226 Ⅴ. 열과우리생활
⋯ •온도와열을분자운동과
연관시켜이해할수있게설명한다.
•우리주변의여러가지열현상을열
의이동방법과관련지어이해한다.
•열과 관련된 기본적인 개념을 이미
학습하였으므로, 이를다양한열현
상에적용할수있도록지도한다.
Tip수업
해수면의상승보충자료
지구온난화에의해발생하는가장큰
문제는 해수면이 상승하는 것으로, 바
닷물의팽창과더불어빙하가녹는것
도해수면상승에큰영향을미친다.
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:5 PM 페이지226 DK
2. 열의이용 227
열과체온유지
우리는건강한신체를유지하고활동하기위하여밥, 고기, 채소등다양한음
식을규칙적으로먹는다. 음식물에는탄수화물, 단백질, 지방등의영양소가들어
있는데, 우리몸은이러한영양소를분해하여생활에필요한에너지를만든다. 이
때영양소에저장된에너지중약 38 %는생명활동에필요한여러가지형태의
에너지로이용되고, 나머지 62 %는열에너지의형태로전환된다. 몸에서발생하
는에너지는체온을일정하게유지하는데사용된다. 즉, 사람은체온이내려가면
음식물로섭취한영양소를분해하여열을발생시키고, 체온이올라가면땀을분
비함으로써열을외부로방출하여체온을조절한다.
이처럼체온조절은주위의온도변화에따라자동적으로이루어지지만우리는
경험적으로여름에는얇은옷을입고겨울에는두꺼운옷을입어체온조절을돕
기도한다.
날씨가 추울 때 몸이 떨리는 이유는 무엇일까?
사람과마찬가지로동물도주변의온도변화에따른체
온유지가매우중요하다. 그래서비슷한종의동물이라도
기후와환경에따라그생김새나생활방식에차이가있
다. 이러한동물의예로는사막여우와북극여우가있다.
더운지방에사는사막여우는큰귀를통해열을잘방출
하도록진화하였고, 추운 지방에사는북극여우는귀가
작아열을잘빼앗기지않도록진화하였다.
한편, 개구리나뱀과같은변온동물은몸에서열을내
는방식으로체온을조절할수없기때문에날씨가추워지
면따뜻한굴이나나무밑, 땅속으로이동하여겨울잠을
잔다.
동물의 체온 조절
북극여우
사막여우
그림Ⅴ-̀̀32 체온조절을위한땀
개구리 뱀
탄수화물과단백질은 1g당약 4kcal, 지방은
1g당약9kcal의열량을낼수있다.
더울때땀을분비함으로써열을
외부로방출하여체온을조절
▶몸이떨리는것은체온을유지하기위한자연적인반응이다. 몸이떨리면몸에서
열이발생하여체온이내려가는것을막는다.
▶라디에이터나컴퓨터의방열판은많은핀
을달고있는데이것은사막여우가넓은귀
를통하여열을잘방출시키는원리와같다.
⋯ 토끼의큰귀는포식자로부터도망을간이후에몸에서발생한많은열
을빨리방출하는데큰도움이된다. Tip수업
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:5 PM 페이지227 DK
열에너지의이용
일상생활에서실내의적정온도를유지하기위해사용하는냉난방기구는대부
분대류현상을이용한다. 대류현상에서차가운공기는아래쪽으로, 더운공기는
위쪽으로이동하므로에어컨은보통위쪽에, 난방용라디에이터는아래쪽에설치
하여공기의순환이원활하도록한다.
전기난로의경우처럼복사를이용하여난방을하는기구도있다. 이때전기난
로를다른사람이가리거나전기난로에서멀어지면따뜻한느낌이덜한것은복
사에의한열이차단되거나감소하기때문이다.
주방에서사용하는조리용그릇이나도구들은대부분전도에의한열의이동과
관련이있다. 특히직접가열하여음식을익히는용기는대부분금속으로되어있
다. 금속은비열이작아온도가쉽게올라가며전도에의해열을잘전달시키기
때문이다.
반면에, 사람이직접접촉해야하는뚜껑이나용기의손잡이는플라스틱과같
이열이잘전도되지않는물질을사용하는것이좋다.
228 Ⅴ. 열과우리생활
난방용라디에이터는실내의아래쪽에설치한다. 그 이유는 무엇인가?
단열
우리는일상생활에서냉난방기구를자주이용한다. 하지만이들
전기기구를이용하기위해서는많은양의에너지가사용되므로에너지
를절약하기위해서실내와외부사이에열의이동이잘일어나지않도록하는것
이중요하다. 이처럼열의이동을막는것을단열이라고한다. 단열효과가좋은
재료에는어떤것이있을까?
여름에는더우니까외부로부터실내로열이
들어오는것을막고, 겨울에는실내에서외부로열이나가는것을잘막아야겠지.
더자세히
천장에설치된온풍기는위쪽에서
더운 공기가 나와 대류가 잘 일어
나지않으므로비효율적이다.
그림Ⅴ-̀̀33 전도의 이용_̀ 금
속냄비는열을잘전달하고, 플라
스틱이나나무손잡이는열의전도
를막아준다.
금속냄비에서열전달보충자료
금속냄비의아래일부분만가열해
도전체가뜨거워지는것은전도와
관련된현상이고, 냄비내에서물이
끓는것은대류와관련된현상이다.
냉방용에어컨: 위쪽에설치→방위쪽공기냉각→찬공기는아래로내
려옴→아래의더운공기가위로상승→에어컨에의해더운공기가다시
차갑게냉각됨
▶대류가효과적으로일어나게하여골고루난방하기위해서이다. 만일, 난방장치를위쪽에설치하게되면, 따뜻
한공기가위에계속정체되어있고내려오지않기때문에대류가일어나기어려워난방이잘되지않는다.
단열의목적과이용
•단열의목적: 실내와외부사이에열의이동을막아에너지를절약
•단열재를이용: 전도, 대류, 복사를모두차단할수록좋은단열재
효과적인단열재보충자료
•비금속물질(나무, 스타이로폼, 섬유등): 전도에의한열의이동을차단
•공기: 전도에의한열의이동을차단
•진공: 전도, 대류에의한열의이동을차단
•가공된유리: 복사에의한열의이동을차단
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:5 PM 페이지228 DK
효율적인단열재찾기탐구의 확장
2. 열의이용 229
주변에서 사용되는 단열재의 종류를
알고효율적인단열재의특징을설명
할수있다.
가열 장치, 비커(500mL), 면장갑,
물, 온도계, 여러 가지 종류의 컵(스
타이로폼 컵, 금속 컵, 유리컵, 플라
스틱컵등)
목·표
준·비·물
❶물을 가열하여 100æ로 끓인 후
스타이로폼 컵, 금속 컵, 유리컵,
플라스틱 컵에 각각 100 g씩 넣
고온도계를설치한다.
❷ 1분간격으로각각의컵에들어있
는물의온도를측정한다.
유·의·점
1. 실험에 사용하는 여러 종류의 컵
은크기와두께가 서로비슷한 것
을이용한다.
2. 물을 가열할 때 화상을입지않도
록주의한다.
실험·조사효율적인단열재찾기
1시간이지남에따라각각의컵에서뜨거운물의온도는어떻게변하는가? 또그이
유는무엇인가?
2어떤소재로만들어진컵의물이가장늦게식는가? 또그이유는무엇인가?
1⃞좋은단열재는어떤특징이있어야하는가?
2⃞건물을지을때사용하는단열재의종류를조사해보자.
얼음조각, 종이, 비닐봉지, 알루미늄포일, 고무줄, 초시계준비물
①같은크기의얼음조각을종이, 비닐봉지, 알루미늄포일로각각
감싼후고무줄로묶어놓는다.
②10분후포장재를풀고얼음이녹은정도를비교한다.
과정
1⃞어느포장재로감쌌을때얼음이가장덜녹았는가?
2⃞얼음이녹는시간을늦추기위한방법을생각해보자.
해석
과정
결과
해석
탐구 활동
창의·인성
⋯ •온도계를 컵 바닥으로
부터같은높이가되도록설치한다.
•실험시작전네종류의컵을상온
에충분히오랜시간동안둔다.
•컵의 크기가 가급적 비슷한 것을
사용한다.
Tip수업
▶컵속에있는뜨거운물에서공기로열이이동하기때문에물의온도는낮아진다. 물의온도가낮아지는이유는
물이열을잃었기때문이다.
▶스타이로폼컵의물이가장늦게식는다. 그이유는스타이로폼컵의열전도율이가장작기때문이다. 그다음으
로는플라스틱컵, 유리컵순으로늦게식고금속컵의열전도율이가장커서가장빨리식는다.
▶좋은단열재는전도, 대류, 복사등에의한열의이동을잘차단해야한다.
▶단열벽돌, 섬유판, 나무합판, 석고판등의재질사이에스타이로폼과폴리우레탄을채운구조를단열재로많이
사용하고있다.
▶신문지로감쌌을때얼음이가장덜녹는다.
▶얼음이녹는이유는온도가높은외부에서온도가낮은내부로열이이동하
기때문이다. 따라서얼음이녹는시간을늦추기위해서는열전도율이작아서
전도가잘안되는재질로포장을해야한다.
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:5 PM 페이지229 DK
230 Ⅴ. 열과우리생활
단열재는전도, 대류, 복사에의한열의이동을모두차단하는것일수록좋다.
나무나스타이로폼, 섬유등과같은비금속물질은금속에비해전도에의한열
의이동을잘차단하기때문에벽사이에넣는단열재로많이사용된다. 예를들
어아이스크림을스타이로폼상자에넣어포장하면아이스크림이쉽게녹지않는
데, 이는스타이로폼이좋은단열재라는것을말해준다.
액체나기체는대부분열을잘전달하지않는다. 특히공기는매우좋은단열재
이므로건물을지을때이중창을많이사용한다. 이중창을설치하면창과창사이
에있는공기가단열재역할을한다. 하지만이중창의경우에도복사에의한열의
이동을차단하기는어렵다. 따라서최근에는유리의투명도를조절하는방법으로
복사열의이동을조절하는기술이개발되기도하는등단열의효과를높이기위
한여러가지첨단기술이이용되고있다.
보온병은전도, 대류, 복사에의한열의이동을대부분막을수있어뜨거운물
이나찬물을보관하는데많이이용된다. 보온병의내부용기는이중유리로만들
어져서바깥온도의영향을거의받지않는다. 이중유리병의안쪽과바깥쪽사이
는진공상태인데, 진공상태에서는대류와전도가일어나지않으므로단열의효
과가높다. 또한유리병의안쪽과바깥쪽표면은은으로도금되어있어복사에의
한열의손실을줄여준다.
더자세히
털이 많은 동물들이 추운 겨울을
잘견딜수있는것은털속의수많
은 빈 공간에 공기를 가두고 있기
때문이다.
마개
은으로 도금되어 있어서 열을 반사
진공 상태
유리병 지지대
금속이나 플라스틱 겉면
뜨겁거나 차가운 음식
그림Ⅴ-̀̀34 이중창의구조_̀ 창
과창사이의공기가단열재역할을
한다.
그림Ⅴ-̀̀35 보온병의구조_̀ 열의이동방법인전도, 대류, 복사를모두
효율적으로막을수있다.
겨울철에 두꺼운 옷 한 벌보다 얇은 옷을 여러 겹 입으면 단열 효과가 더 좋다고 한
다. 그 이유는 무엇일까?
금속물질과비금속물질
금속물질은비교적전기를잘통하는
데, 전기를잘통하는물질은열전도도
잘된다. 비금속물질은전기가잘통하
지않음과동시에열전도도잘되지않
아단열재로이용된다.
열을잘이동시키지않아단열효과가좋은재료
겨울철에얇은옷을여러겹으로입으
면옷과옷사이에공기층이생겨단
열효과가좋아진다.
▶보온병은뜨거운물뿐아니라찬음료도담을수있다. 이경우에는밖에서안
으로들어오는열을차단한다.
▶겨울철에얇은옷을여러겹으로입으면옷과옷사이에공기층이생겨단열
효과가좋아지기때문이다. 공기는열전도율이작아서전도에의한열의이동을막아준다.
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:5 PM 페이지230 DK
2. 열의이용 231
폐열의 대부분은 어디로 이동하는가?
폐열
추운겨울에집안을따뜻하게하기위하여난방기나보일러를가동하면실내가
따뜻해진다. 하지만그과정에서배기가스등에의해외부로버려지는열이발생
한다. 또자동차의엔진이나발전소에서도많은양의열이버려진다. 이와같이
에너지를사용하는과정에서외부로버려지는열을폐열이라고한다. 폐열은주로
공기중으로흩어지는데이열을효과적으로재활용할수있다면많은에너지를
절약할수있다.
폐열을재활용하는대표적인예로는열병합발전이있다. 열병합발전은전기
를생산할때나온폐열을지역난방이나산업용으로사용하는발전방식으로서,
열효율을높이고연료를크게절감할수있다.
열교환기를이용하면보일러의배기가스폐열로공기를예열하거나, 목욕탕에
서버려지는폐열로다시목욕용물을예열하는데이용할수도있다. 또한쓰레
기소각장의폐열은농업부문에서온실의난방용으로많이활용되면서연료비를
절감시키고있다.
자동차를운행할때에도폐열을이용하는방법이있는데매연이적은곳에서외
부공기를실내로들어오게하는것이다. 이렇게하면외부공기가뜨거운라디에
이터를거쳐들어오면서데워지므로히터를켜지않고도난방을할수있다.
열교환기
뜨거운 가스나 물에서 나온 열을
차가운가스나물로전달하여온도
를높여주는장치
그림Ⅴ-̀̀37 자동차에서폐열의이용그림Ⅴ-̀̀36 열병합발전소(경기도성남시)
공기중으로흩어진열
에너지를다시사용할수없는이유
보충자료
열은항상온도가높은곳에서낮은
곳으로흐른다. 열에너지가공기중
으로흩어진다는것은열이뜨거운
물체에서차가운공기중으로흘러
가 버렸다는 뜻이다. 이 에너지가
소멸되는것은아니지만, 다시열을
흐르게하기는힘들다.
온도가높은유체에서온도가낮은유
체로열을전달하는장치로발전소, 가
스터빈, 가열장치, 공기조절기, 냉동
장치, 화학산업등광범위하게사용되
며, 일반빌딩의난방이나급탕목적으
로도사용된다.
전기를생산할때나오는폐열을지역난방이나산업용등으로사용한다. 외부공기가실내로들어오는과정에서라디에이터를거치면서데워지는열로난방을
한다.
▶대부분의공장이나가정, 기계장치등에서발생한폐열은최종적으로는공기중으로이동하여흩어지며, 이렇게
이동한열에너지는다시사용하기어렵다.
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:5 PM 페이지231 DK
232 Ⅴ. 열과우리생활
지구온난화
지구는태양으로부터막대한에너지를흡수하지만흡수한만큼다시우주로방
출하여전체적으로는평형상태를유지한다. 대기중의이산화탄소나수증기와
같은기체는태양에서오는열은잘통과시키지만지표면에서방출되는열을흡
수하여지구의온도를높이는데이러한현상을온실효과라고한다. 온실효과는
지구가평형을이루어온도를일정하게유지하는데매우중요한역할을한다.
그런데오늘날석탄이나석유와같은화석연료의과다한사용, 개발에따른삼
림면적의감소, 교통량의증가등에따라온실효과를일으키는기체가지나치게
많아져대기의온도가점점높아지고있는데이러한현상을지구온난화라고한다.
특히에너지소비가증가하면서대기중에이산화탄소의양이급증하고있다. 이
산화탄소의양이많아지면우주공간으로방출되어야할에너지가지구대기로
흡수되면서온난화현상을심화시킨다.
현재지구에존재하는빙하는육지면적의약 11 %를차지하고있다. 지구온
난화로지구의기온이상승하면빙하는감소하고해수면이상승하게된다. 또한
지구온난화에따른급격한기후변화로태풍이나홍수, 가뭄등의자연재해도
심해진다. 이렇듯지구온난화현상은인간의삶에막대한피해를주며, 지구상
의생태계를모두파괴할수도있을만큼매우위협적이고심각하다.
따라서지구온난화와이에따른기후변화에대비하기위해서는전세계적으로
이산화탄소의방출량을줄이는것이무엇보다도중요하다. 이산화탄소의방출
량을줄이기위해서는화석연료의사용을억제하고이를대신할만한에너지를
개발함과동시에무분별한개발에따른삼림파괴를줄여야한다. 또한지구가더
워지지않도록하기위한생활속의작은실천도중요하다.
조리기구를금속으로만드는
이유를설명해보자.
개념확인하기자기
주도
학습컴퓨터의 방열판은 많은 핀이 달
려있는구조로되어있다. 그 이
유는무엇일까?
생활속문제해결하기
도시의중심지에서는주변지역보다온도가더높
아지는 열섬 현상이 나타나기도 한다. 그 이유를
알아보자.
과학과환경연관짓기
그림Ⅴ-̀̀38 홍수피해
그림Ⅴ-̀̀39 가뭄으로인해메마른땅
온실효과
지구 대기권에 있는 수증기나 이산화
탄소는짧은파장의태양복사에너지
는잘통과시키지만적외선형태의지
구복사에너지는잘통과시키지못하
고흡수하여지구의온도를높인다
태양으로부터흡수한에너지와지구에서방출하는에너지가같아서지구의연평균
기온이대체로일정한수준으로유지되는것을복사평형이라고한다.
지각에묻힌동식물의유해가오랜세월에걸쳐화
석화하여만들어진연료로서석탄, 석유등의에너
지를말한다. 석탄은식물의유해가에너지로변형
된것이고, 석유는주로따뜻한바다에살던미생물
의유해가에너지로변형된것이다.
열섬현상은인구가밀집되어있고고층건물이많은도시
중심지가주변지역에비해기온이더높은현상이다.
▶금속은비열이작아서온도가쉽게
올라가며열전도가잘이루어진다. ▶핀이많으면공기와접촉하는면적
이넓어지기때문에넓어진면적을통
해많은열을빠르게방출시킬수있다.
▶도심은공장의매연이나자동차의배기가스, 냉난방기
구에의한인공열의발생으로인해열섬현상이생기게되
며, 도시전체가비닐하우스에둘러싸인것처럼온실효과
가나타난다.
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:5 PM 페이지232 DK
2. 열의이용 233
냉장고가없던시절우리조상들은어떻게얼음을오랜기간동안보관
할수있었을까?
우리조상의옛발명품중에는우수한단열장치인석빙고가있다. 한겨
울에강가에서두꺼운얼음을잘라내어석빙고에저장하면무더운여름철
까지얼음이녹지않아더위를이겨내는데유용하게사용할수있었다.
석빙고는외부로부터들어오는열을차단하면서내부온도를낮게유지하
여얼음이외부열에의해녹는것을방지하였다.
더운여름에도석빙고에얼음을보관할수있었던것은그림과같은석빙
고의과학적인구조로부터알수있다.
조상들의 냉장고, 석빙고
석빙고(경주)
외부에는 태양 복사열을
차단하기 위해 잔디를 깔
았다.
더운 여름에 얼음이 녹으면 물
이빠질수있게배수로를만들
었다.
얼음의온도를유지하기위해볏
짚, 톱밥등으로덮어단열효과
를높였다.
바람이 들어오는 입구에 날개벽
을설치하여찬바람을모을수있
게하였다.
석빙고 안의 더운 공기가 빠져나
가도록 위쪽에 환기구를 설치하
였다.
외벽은 석회와 진흙을 채워서 방
수에대비하였다.
겨울에얼어있던강에서잘라낸깨끗한얼음을저장했다
가여름에사용하기때문에일반적으로땅을파서만들었
다. 기록에의하면빙고는신라시대부터만들어졌다고하
지만현존하는것은모두조선시대에축조된것이며, 그
구조가거의비슷하다.
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:5 PM 페이지233 DK
대단원 마무리Ⅴ. 열과 우리 생활
개념 정리하기
234 Ⅴ. 열과우리생활
● 다음 빈칸에 알맞은 말을 쓰시오.
❶물체의차고뜨거운정도를수치로나타낸것을 ( )(이)라고한다.
❷ ( ) 상태는두물체의온도가같아져더이상열의이동이없는상태이다.
❸온도차이에의해이동한열에너지의양을 ( )(이)라고한다.
❹열량의단위는 cal나 ( )(을)를사용한다.
❺ ( )(은)는주로고체에서일어나는열의이동방법으로물체가서로접촉하여물체를이루고있는분
자들의에너지가차례로이웃한분자들로전달되는방식이다.
❻ ( )(은)는액체나기체를이루는분자들이직접이동하여순환하면서열이전달되는방식이다.
❼ ( )(은)는물질을통하지않고열이직접전달되는방식이다.
❽어떤물질 1 kg의온도를 1æ 높이는데필요한열량을 ( )(이)라고한다.
❾물체가열을받아온도가올라가면길이나넓이, 부피가늘어나면서팽창하는현상을( )(이)라고한다.
❿주방용조리기구의손잡이를플라스틱으로만든것은 ( )에의한열의이동을막기위한것이다.
대기중에온실효과를일으키는기체가많아져대기의온도가점점높아지는현상을( )(이)라고한다.
섭씨온도
단위: #
절대 온도
단위: K
대류
전도
복사
비열
열팽창
열에너지의
이용
해풍과 육풍
열량
질량¥온도 변화
단열, 폐열의 이용
일상생활에서 열의 이용
고체, 액체, 기체의 열팽창
체온 유지
해결 과제: 지구 온난화
온도와 열
열의 이용
온도
열평형 열
열의 이동
온도
열평형
전도
대류
복사
비열
열팽창
전도
지구온난화
열량
kcal
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:6 PM 페이지234 DK
다음물리량의단위를<보기>에서찾아쓰시오.
⑴절대온도( )
⑵열량( )
⑶비열( )
열평형상태가되었을때의온도는?
① 40æ ② 50æ ③ 65æ
④ 80æ ⑤ 90æ
1 90æ의물 500g과 40æ의물 500g을섞었다. 4
가정에서 에어컨은 위쪽에 설치하고, 전열기는
아래쪽에설치한다. 그이유를공기의분자운동
과관련지어설명하시오.
6
감자를구울때골고루빨리익히기위해서금속
포크를 감자에 꽂는 경우가 있다. 이렇게 하는
이유를열의이동과관련지어설명하시오.
5
온도에대한설명으로옳지않은것은?
① 100æ는 373 K이다.
②온도는얼마든지낮아질수있다.
③온도는얼마든지높아질수있다.
④분자운동이활발할수록온도가높다.
⑤물체의차고뜨거운정도를수치로나타낸것
이다.
2
책상위에놓인캔과털장갑의온도를측정하였
더니모두 5æ였다.
⑴캔을털장갑에접촉시키면열은어떻게이동
하겠는가?
⑵손으로 캔과 털장갑을 잡으면 어느 것이 더
차갑게느껴지겠는가?
3
개념 적용하기
ㄱ. æ ㄴ. K ㄷ. N
ㄹ. cal ㅁ. kcal /̀kg ㅂ. kcal /̀kg¥æ
대단원마무리 235
90 #500g
40 #500g
?
에어컨
전열기
보기
해설_̀ ㄱ. æ: 섭씨온도의단위
ㄷ. N: 힘의단위
해설_̀ 분자운동은얼마든지활발해질수있으므로온도는얼마든지높아
질수있다.
답_ ⑴열이이동하지않는다.
⑵캔이더차갑게느껴진다
해설_̀ 90æ의물이잃은열량과 40æ의물이얻은열량이같으므로열
평형상태가되었을때온도를 t라고하면다음의식이성립한다.
500_(90-t)=500_(t-40)
따라서열평형상태의온도 t=65æ이다.
답_̀ 금속은열전도율이좋은물질이다. 금속숟가락을감자에꽂으면외부
에서가해준열이숟가락을통해전도에의해감자내부로더빠르게전
달되므로감자가더빨리익게된다.
답_̀ 에어컨에서나오는찬공기는분자운동이덜활발하여무거우므로아
래쪽으로내려가고난로에의해데워진
공기는분자운동이더활발하여가벼우므로위쪽으로올라간다.
ㄴ
ㄹ
ㅂ
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:6 PM 페이지235 DK
개념 적용하기
해풍과 육풍이 생기는 주된 원인으로 알맞은
것은?
①바다와육지의고도차이
②바다와육지의색깔차이
③바다와육지의비열차이
④바다와육지의열팽창차이
⑤바다와육지가받는열량차이
7
다음 그래프는 물 500 g과 어떤 액체 500 g에
같은 열을 가했을 때 시간에 따른 온도 변화를
나타낸것이다.
이액체의비열은물의몇배인가?
8
그림은 전기다리미에 들어 있는 바이메탈을 나
타낸것이다. 전기다리미에열이많이발생하여
온도가 높아지면 바이메탈이 접점에서 떨어진
다. 이때A와 B 중어느것이열팽창정도가더
큰가? 답_ B
9
다음중열팽창현상과거리가먼것은?
①철도레일이연결된부분은약간떼어놓는다.
②전신주사이의전깃줄은조금늘어지게설치
한다.
③가스관을설치할때중간부분을U자모양으
로구부린다.
④온도계의 아랫부분을 손으로 잡으면 온도계
내부의액체가위로올라간다.
⑤주전자는금속으로되어있지만주전자의손
잡이는플라스틱으로되어있다.
10
지구는태양으로부터막대한에너지를흡수하지
만 온도가 거의 일정하게 유지된다. 그 이유를
설명하시오.
12
그림은보온병의구조를나타낸것이다.
보온병에서다음구조는열의이동을어떻게차
단하는지설명해보자.
⑴유리로된이중벽의내부는진공상태이다.
⑵유리병안쪽은은으로도금되어있다.
11
시간(분)
액체
물
온도( )#
1
60
40
20
0 2 3 4 5
A
B
바이메탈
접점
마개
진공
은도금한 유리병
따뜻한 물
236 Ⅴ. 열과우리생활
해설_̀ 해풍과육풍이생기는주된원인은바다와육지사이의비열차이
때문이다.
답_ ;2!;`배
해설_̀ 질량이같을때비열과온도변화량은서로반비례관계에있다.
해설_̀ 주전자가금속으로되어있는이유는전도에의해주전자에들어
있는물을더빨리가열하기위해서이다.
답_ ⑴전도나대류에의한열의이동을차단한다.
⑵복사에의한열의이동을차단한다.
답_ 지구는태양으로부터흡수한에너지만큼다시우주로방출하기때문
에온도가올라가지않고평형상태를유지한다.
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:6 PM 페이지236 DK
냉장고에서방금꺼낸우유와갓구워온도넛을
양손에들고있었더니우유를든손은차갑고도
넛을든손은따뜻했다. 그이유를서술하시오.
1
개념 응용하기
더운여름날얼음을운반하려고한다. 얼음을덜
녹게하기위해어떤재질의용기를사용해야하
는지예를들고, 그이유를서술하시오.
3
그래프는질량이같은물체A와B를접촉시켜열
평형에도달하는동안의온도변화를시간에따라
나타낸것이다.
⑴두물체의비열을비교하시오.
⑵시간이흐를수록두물체의온도변화가작게
일어나는이유를서술하시오.
2
탐구력기르기
과학글쓰기
방바닥에깔려있는난방용배관은비열이작으
면서잘부식되지않는금속으로되어있다. 그러
나배관속에는비열이큰물이순환하면서열을
전달하는역할을한다. 이처럼비열차이가큰물
질을사용할때좋은점이무엇인지서술하시오.
6
다음은세친구들이틈새가벌어진쇠고리의열
팽창에 대해서 나눈 대화이다. 누구의 말이 옳
을까?
4
틈새가 벌어진 쇠고리를 가열하면 길이가 늘어나니까 그 틈새는 더 좁아질 거야.영희
틈새가 벌어진 쇠고리를 가열하면 전체적으로 부피가 늘어나니까 그 틈새도 더 벌어질 거야.민수
틈새가 벌어진 쇠고리를 가열하면 전체적으로 부피가 늘어나니까 그 틈새는 그대로일 거야.희정
대단원마무리 237
유리컵두개가포개져서잘분리되지않을때가
있다. 두 유리컵을쉽게분리할수있는방법에
대해서술하시오.
5
탐구력기르기
시간(분)
온도( )#
70
35
10
A
B
0
분석력키우기
창의·인성키우기
창의·인성키우기
|모범답안|우유의온도가손보다낮아손에서우유로열이이동하기때
문에차갑게느껴지고, 도넛의온도는손보다높아도넛에서손으로열이
이동하기때문에따뜻하게느껴진다.
|모범답안|민수
해설_̀ 물체가열팽창할때는모든방향으로팽창한다. 따라서틈새가벌어
진쇠고리를가열하면전체적으로부피가늘어나므로틈새도더벌어진다.
|모범답안|안쪽유리컵에는찬물을넣고바깥쪽유리컵은뜨거운물에
담근다. 이렇게하면찬물에의해안쪽유리컵은수축하고, 뜨거운물에
의해바깥쪽유리컵은팽창하므로두유리컵이쉽게분리된다.
|모범답안|난방용배관은방바닥과접촉하여전도에의해방바닥으로열
을전달한다. 따라서쉽게가열되어야빠르게난방을할수있으므로배관
은비열이작은금속으로만든다. 반면에, 배관을따라흐르는물은비열이
커서가열된후잘식지않으므로오랫동안난방을하는데유리하다.
|모범답안|⑴비열은B가A의 ;5&; 배이다.
⑵온도차이가작을수록열이더적게이동하기때문이다.
|모범답안|얼음이공기와접촉하면공기로부터얼음으로전도에의해
열이이동하면서얼음이녹게된다. 따라서얼음을덜녹게하기위해서는
스타이로폼과같이전도율이작은재질의용기를사용해야한다.
212~237 5단원-재 2013.2.7 6:6 PM 페이지237 DK