• 실험 재료: 진공용기, 풍선, 초코파이, 플라스틱 주사기

• 실험 방법:

1) 풍선 실험

1. 진공용기에 풍선을 넣고 뚜껑을 닫은 뒤, 펌프질을 한다. 펌프질을 하면 진공용기 안 공기가 밖으로 빠져나가 풍선을 누르는 힘이 축소한다.

2. 풍선을 넣은 상태로 펌프질을 했을 때의 풍선의 변화를 살펴보고, 진공용기의 뚜껑을 열면서 풍선의 변화를 관찰한다.

2) 초코파이 실험

1. 먼저, 초코파이의 껍질을 벗기지 않은채로 진공용기에 넣은 뒤, 펌프질을 한다. 펌프질을 할 때의 초코파이의 변화를 살펴보고, 뚜껑을 열면서 초코파이의 변화를 살펴본다.

2. 이번에는 초코파이의 껍질을 벗긴 뒤, 위와 같은 똑같은 실험을 한다. 펌프질을 할 때와 뚜껑을 열 때의 초코파이의 변화를 살펴본다.

3) 피스톤 실험

1. 주사기 안에 물을 넣고, 입구를 손가락으로 막는다.

2. 손가락으로 막은 뒤, 피스톤을 눌러 피스톤이 들어가는 정도를 확인한다.

3. 똑같은 방법으로 피스톤에 물을 넣지 않고 피스톤이 들어가는 정도를 확인한다.

• 실험 결과:

풍선 실험에서 펌프질을 할 때, 풍선의 부피가 커졌다. 이는 풍선을 누르는 압력의 힘이 작아져 풍선 스스로가 미는 힘이 더 커진 것이다. 그런데 다시 뚜껑을 열었을 때, 풍선의 부피가 원래 상태로 돌아왔다. 진공용기 안의 공기와 압력의 힘이 돌아와 다시 원래의 부피로 돌아온 것이다.

초코파이 실험에서도 마찬가지로 압력의 힘이 작아지면 초코파이 봉지의 부피도 커지고, 초코파이 그 자체도 부피가 커졌다. 압력의 힘이 다시 커졌을 때, 봉지와 초코파이 모두 원래 부피로 돌아왔다.

피스톤 실험에서는 제한된 한 공간에서 물과 공기에 각각 압력을 줬을 때의 부피 변화를 비교하는 것이다. 주사기에 물을 넣었을 때, 피스톤을 세게 눌러도 물의 부피는 거의 변화하지 않았다. 그와 반대로 공기는 피스톤의 압력에 의해 부피가 작아졌다.

➪ 압력이 증가하면 기체의 부피는 수축하고, 압력이 감소하면 기체의 부피는 팽창한다. 하지만 물은 부피가 변화하지 않는다.

심화 개념!

'압력이 증가하면 기체의 부피가 감소하고, 압력이 감소하면 기체의 부피는 증가한다.' 는 내용은 중학교 때 배우는 보일 법칙과 연관이 있다!

보일 법칙: P1×V1=P2×V2

이때의 P는 pressure, 압력을 의미하고 V는 volume, 부피를 의미한다. 따라서 위 식은 (처음 압력)×(처음 부피)=(나중 압력)×(나중 부피), 온도가 일정할 때 부피와 압력은 반비례(서로 반대가 되는 관계)이므로 그 곱이 일정함을 나타낸다.