5-7 열과 우리 생활 · 소주제 3 / 4
열의 이동 방식
이 개념 문제 6개 풀기 →앞에서
먼저 알 개념은 이 단원의 앞부분에 있어요
초등에서 — 이 단원
다음에
열이 이동하는 방식은 여러 가지예요. 고체 · 액체 · 기체에서, 그리고 빛으로 열이 어떻게 이동하는지 하나씩 알아봐요.
전도 — 뜨거운 국에 담가 둔 숟가락은 손잡이까지 뜨거워져요. 이처럼 고체에서 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 물질을 따라 열이 이동하는 것을 전도라고 해요. 구리 · 알루미늄 · 철 같은 금속은 열이 빨리 이동하고, 나무 · 플라스틱 · 유리는 열이 느리게 이동해요.
막대 경주(전도)
자료 · 계산 버터가 녹는 시간은 물질마다 열확산도(공학 편람 값)로 푼 긴 막대의 열 전도 식, 비커의 흐름과 캔의 온도는 어림 모형, 사진 위키미디어 공용(온돌 · 열기구 · 태양열 조리기)
해 볼 것 · 먼저 예상해 보세요 — 구리 · 철 · 유리 · 나무 가운데 버터가 가장 먼저 녹는 막대는? ▶ 넣고 지켜보기를 누르고, 느린 막대는 빠르게 감기로 봐요.
고체 판에서도 열은 판을 따라 이동해요. 판을 ㄷ자 모양으로 자르면 열은 잘린 틈을 건너지 못하고 판을 따라 돌아가요.
판에서 퍼지는 열 3D
자료 · 계산 코드로 푼 열 전도 모형 — 열확산도 구리 111 · 알루미늄 97 · 철 23 · 스테인리스강 4.2 mm²/s(공학 편람 값), 판 10 cm · 50 × 50 칸
해 볼 것 · 먼저 예상해 보세요 — ㄷ자 판에서 불꽃과 가까워 보이는 ㄷ이 먼저 따뜻해질까요? ▶ 알코올램프로 데우기를 누르고, 정사각형 판 · 철판으로도 해 봐요. 판을 누르면 데우는 곳이 옮겨 가요.
대류 — 주전자의 물은 아래만 데워도 전체가 뜨거워져요. 아래의 데워진 물이 위로 올라가고 위의 차가운 물이 아래로 내려오며 열이 이동하기 때문이에요. 이처럼 액체나 기체에서 데워진 물질이 직접 움직이며 열이 이동하는 것을 대류라고 해요.
물감 넣기(대류)
자료 · 계산 버터가 녹는 시간은 물질마다 열확산도(공학 편람 값)로 푼 긴 막대의 열 전도 식, 비커의 흐름과 캔의 온도는 어림 모형, 사진 위키미디어 공용(온돌 · 열기구 · 태양열 조리기)
해 볼 것 · 먼저 예상해 보세요 — 바닥 가운데에 넣은 물감은 어디로 갈까요? 비커 속을 눌러 물감을 떨어뜨리고, 불을 꺼서도 해 봐요.
공기도 마찬가지예요. 난로로 데워진 공기는 위로 올라가고, 에어컨으로 차가워진 공기는 아래로 내려와요. 그래서 난로는 방의 아래에, 에어컨은 방의 위에 두어야 방 전체의 공기가 돌며 고르게 따뜻해지거나 시원해져요.
방 안 공기의 대류 3D
자료 · 계산 코드로 그린 설명용 모형 — 방을 높이 10층으로 나눈 어림 모형, 공기 알갱이는 공기가 도는 길을 보여 주는 그림
해 볼 것 · 먼저 예상해 보세요 — 난로를 천장 가까이에 두면 바닥 근처도 따뜻해질까요? 아래 · 위에 두고 켜서 30분 뒤 바닥 근처 온도를 견줘 보고, 여름 에어컨으로도 해 봐요.
복사 — 햇볕을 쬐면 몸이 따뜻해지고, 난로 앞에 서면 얼굴이 따뜻해져요. 이처럼 물질을 거치지 않고 열이 빛으로 바로 이동하는 것을 복사라고 해요. 태양의 열은 텅 빈 우주를 지나 복사로 지구까지 와요.
햇볕 쬐기(복사)
자료 · 계산 버터가 녹는 시간은 물질마다 열확산도(공학 편람 값)로 푼 긴 막대의 열 전도 식, 비커의 흐름과 캔의 온도는 어림 모형, 사진 위키미디어 공용(온돌 · 열기구 · 태양열 조리기)
해 볼 것 · 먼저 예상해 보세요 — 검은 캔 · 흰 캔 · 포일 감싼 캔 가운데 가장 빨리 따뜻해지는 것은? 햇빛 가리개를 놓고도 해 봐요.
어떤 방식일까?
자료 · 계산 버터가 녹는 시간은 물질마다 열확산도(공학 편람 값)로 푼 긴 막대의 열 전도 식, 비커의 흐름과 캔의 온도는 어림 모형, 사진 위키미디어 공용(온돌 · 열기구 · 태양열 조리기)
해 볼 것 · 생활 속 열의 이동을 하나씩 전도 · 대류 · 복사로 나눠 보세요. 고체인지, 액체 · 기체인지, 빛인지 먼저 생각해요.
다음은 각각 어떤 방식으로 열이 이동한 것일까요? ① 뜨거운 국에 담근 숟가락 손잡이가 뜨거워진다. ② 난로를 켜면 방의 위쪽 공기부터 따뜻해진다. ③ 햇볕 아래 세워 둔 자동차가 뜨거워진다.
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① 고체(숟가락)에서 물질을 따라 이동 — 전도. ② 데워진 공기가 위로 올라가며 이동 — 대류. ③ 햇빛으로 물질을 거치지 않고 이동 — 복사.
겨울에는 난로를 방의 아래에 두고, 여름에는 에어컨을 방의 위에 다는 까닭을 대류로 설명하세요.
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난로로 데워진 공기는 위로 올라가요. 난로가 아래에 있어야 데워진 공기가 올라가고 위의 공기가 내려와 다시 데워지며 방 전체의 공기가 돌아요. 에어컨으로 차가워진 공기는 아래로 내려가요. 에어컨이 위에 있어야 차가운 공기가 내려가며 방 전체가 시원해져요. (대류 3D 에서 난로를 위에 두면 30분 뒤에도 바닥 근처는 약 9.5 °C 로 차갑고, 아래에 두면 약 18.1 °C 까지 따뜻해져요.)
열의 이동 방식에 대한 설명으로 옳은 것은?