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학습자료/과학

차가운 것과 따뜻한 것

대한민국 교육부 2015. 11. 24. 16:34

차가운 것과

따뜻한 것



■ 온도계가 없다면? 

만일 온도계가 없다면 차가움과 뜨거움은 피부의 온도 감각으로만 알 수 있을 것입니다. 하지만 피부의 온도 감각은 정확한 온도를 표현하는 것이 불가능합니다. 운동장에 나가 체육 활동을 하기 전에는 추웠지만, 열심히 운동장을 뛰고 나면 더워지는 것처럼 차가운 것과 따뜻한 것에 대한 인간의 온도에 대한 감각은 사람마다 다르고, 상황에 따라서도 다릅니다. 따라서 온도계가 없다면 아픈 사람의 정확한 체온을 잴 수 없고, 사람마다 날씨에 대한 느낌이 다르기 때문에 날씨에 대한 정확한 정보를 얻기 힘들게 될 것입니다.



■ 온도계의 창시자, 갈릴레오 

온도를 재어 숫자로 나타내는 것은 오랜 동안 많은 사람들의 큰 바람이었습니다. 처음으로 온도를 재고자 시도한 사람은 17세기 초에 이탈리아의 물리학자 갈릴레오(Gailileo, 1564~1642)와 제자들입니다. 갈릴레오는 온도에 따라 공기의 부피가 변화하는 원리로 온도를 측정하였습니다. 관이 달린 동그란 그릇을 손으로 따뜻하게 만들면 그릇 안의 공기 입자들의 간격이 넓어지게 되고 부피가 팽창합니다. 공기의 부피가 팽창한 이 관을 동그란 부분이 위가 되도록 물속에 세워 두면 외부 온도가 더 낮아 다시 공기의 부피가 줄어들고 물이 관을 따라 올라가게 됩니다. 그러나 갈릴레오의 온도계는 정확하게 온도를 잴 수 없었다고 합니다. 그 이유는 공기의 부피는 공기의 압력에 따라 팽창하는 정도가 달라지므로 장소마다 측정한 온도가 달라졌기 때문입니다.


▲ 갈릴레오의 온도계(출처: 에듀넷)



■ 기압의 영향을 받지 않는 온도계 발명 

그 이후로 많은 과학자들이 기압의 압력의 영향을 받지 않는 정확한 온도계를 만들기 위해 노력했고, 1714년 독일의 물리학자이자 기술자인 파렌하이트(Faherenheit, 1686~1736)가 기압의 영향을 받지 않는 온도계 만들기에 최초로 성공합니다. 유리관 속을 진공으로 만들어 기압의 영향을 받지 않는 온도계를 만들게 된 것이죠. 파렌하이트가 처음 만든 온도계는 알코올을 사용하여 만들었습니다.


기압의 영향을 받지 않는 온도계를 만들 때, 파렌하이트는 물의 어는점을 32°F로 끓는점을 211°F로 정하였고, 이는 지금도 미국에서 화씨온도로 사용됩니다. 이렇게 온도계가 만들어진 후에는 차가운 것과 따뜻한 것이란 주관적인 느낌을 전 세계인들이 객관적인 과학적 사실로 받아들일 수 있게 된 것이죠.


여기서 잠깐!

오늘날 전 세계 사람들이 주로 사용하는 물의 어는점을 0℃, 끓는점을 100℃로 정한 섭씨온도계는 1742년 스웨덴의 과학자인 셀시우스(Celsious, 1701~1744)에 의해 만들어졌습니다.


▲ 물의 어는점과 끓는점(출처: 에듀넷)



■ 집중탐구! 알코올 온도계 

이제 오랜 기간 동안 많은 과학자들이 노력하여 만든 발명품인 온도계를 살펴봅시다. 일상생활에서 흔하게 사용되는 온도계에는 알코올이 들어 있습니다. 알코올 온도계는 진공의 가는 유리관에 알코올을 넣은 것입니다. 온도계를 뜨거운 물에 담그면 알코올의 부피가 팽창하여 유리관 위로 올라가는 것이지요. 이렇게 열을 받으면 물질을 이루는 입자들의 운동이 활발해집니다. 그 결과 입자들 사이의 거리가 멀어져 물질의 부피가 팽창하게 되고 이를 열팽창이라 합니다. 알코올 온도계를 사용하여 열팽창에 따른 부피 변화를 관찰하여 봅시다.


▲ 액체의 열팽창 실험(출처: 에듀넷)


알코올 온도계는 온도에 따른 부피의 팽창이 커서 눈금을 읽기 편하다는 장점이 있지만, 알코올의 끓는점이 78℃로 낮아 높은 온도를 측정하기 힘들다는 단점이 있습니다.



■ 발전하는 온도계 

알코올 온도계의 단점을 보완하기 위해 끓는점이 더 높은 액체를 사용하기도 합니다. 바로 수은이죠. 수은의 끓는점은 356.73℃이므로 알코올 온도계에 비해 더 높은 온도까지 측정할 수 있습니다. 요즘에는 액체인 알코올과 수은뿐 아니라 고체의 열팽창을 이용한 바이메탈, 시온 염료를 이용한 종이 온도계, 기온과 습도를 측정하는 건습구 온도계 등 다양한 온도계가 발명되어 사용되고 있습니다.


▲ 다양한 온도계(출처: 에듀넷)



[자료출처: 에듀넷]



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