샤워할 땐 좋았는데 나오면 왜 춥지?
상태 변화와 열에너지의 관계를 설명할 수 있다.
상태 변화 과정에서 출입하는 열에너지가 생활에 이용되는 사례를 찾고 설명할 수 있다.
상태 변화와 열에너지는 어떤 관계가 있을까?
(해보기) 캔음료 차갑게 하기
두 캔 중 더 차가운 음료는 무엇이며, 그 까닭은 무엇인가?
에탄올에 적신 휴지로 감싼 캔 음료가 더 차갑다.
부채질을 하면 액체 상태의 에탄올이 기체 상태로 기화하면서 캔 음료의 열에너지를 흡수한다. 따라서 에탄올에 적신 휴지로 감싼 캔 음료는 열에너지를 잃어 차가워진다.
(진짜 해볼까) 상황: 무더운 여름날. 갑자기 친구들이 무더기로 집에 왔다. 음료수는 있는데..어라~ 깜빡하고 냉장고에 넣어두질 않았네ㅠㅠ 어쩌지??
(음료수 차갑게 하기:베틀) 선생님은 냉장고, 우리는 냉장고없음. 5분 배틀!
(결과 해석하기) 누구의 음료수가 차가운가? 이유를 해석해보자
[글로벌 Hot Tech] 갓 끓인 커피를 아이스커피로! 냉각용 전자레인지
레토르트 식품이 익숙한 바쁜 현대인들의 필수 가전 제품, 전자레인지.
우리가 흔히 알고 있는 전자레인지는 차갑게 식은 음식을 따뜻하게 데우는 용도로 사용하는 제품입니다.
그런데 최근 미국 실리콘밸리에 있는 스타트업 '매트릭스(Matrix)'가 우리 상식과는 정반대 개념의 전자레인지를 만들어 시장에 내놨습니다. 차가운 것을 따뜻하게 데우는 것이 아닌, 따뜻한 것을 차갑게 식혀주는 전자레인지 '주노(Juno)'가 바로 그 제품입니다.
수영을 하고 물에서 나오면 몸에 묻어있던 물이 증발하면서 기화열을 흡수하므로 우리는 일시적으로 추위를 느낀다. 냉장고도 이와 같은 원리로 음식물을 시원하게 보관할 수 있다. 냉장고 내부의 온도를 낮게 유지시키는 물질을 냉매라고 하는데, 냉매는 압축기, 응축기, 증발기를 순환하면서 기화와 액화를 반복한다. 기체 상태의 냉매가 압축기에서 높은 압력으로 압축되어 응축기로 이동하면 응축기에서 냉매가 액체 상태로 변하면서 많은 열에너지를 ( )한다. 따라서 냉장고는 뒷면에서 많은 열이 발생한다. 액체 상태의 냉매가 팽창 밸브를 통과하면서 갑자기 압력이 낮아져서 증발기에서 기체 상태로 변하면서 많은 열에너지를 ( )하므로 냉장고 내부의 온도는 낮게 유지된다. 냉매는 압축기, 응축기, 증발기를 계속 순환하면서 기화와 액화를 반복한다.
항아리 냉장고는 말 그대로 항아리를 냉장고처럼 사용하는 것이다. ( )의 원리를 이용해 항아리 내부의 온도를 낮추는 방식이다.
항아리 냉장고는 나이지리아의 교사였던 모하메드 바 아바(Mohammed Bah Abba)가 고안했다. 전기 공급이 원활치 않아 냉장고를 사용할 수 없는 지역 주민들을 위해 간단하면서도 돈이 들지 않는 저장법을 생각해낸 것이다.
원리는 간단하다. 큰 항아리 안에 작은 항아리를 넣고, 항아리와 항아리 사이에 젖은 모래를 채우면 수분이 날아가면서 ( ) 작은 항아리 내부의 온도가 낮아진다. 고온 건조한 사막 지역에서 특히 위력을 발휘하는데 40℃가 넘는 날에도 항아리 냉장고 안은 22℃까지 떨어져 이틀 만에 상하던 식품도 20일 넘게 보관할 수 있었다고 한다. 항아리 냉장고는 수분이 기화하면서 열을 빼앗는 기화열의 원리를 이용한 것이기 때문에 우리나라처럼 여름철에 습도가 높은 지역에서는 고온 건조한 지역에 비해 효용이 떨어진다. 하지만 냉장고에 넣기 애매한 감자나 양파 같은 채소들을 보관하기에는 부족함이 없다.
출처: 농민신문, 2017.7.21.
1. 열에너지와 온도
가. 열에너지: 물체의 온도를 높이거나 상태를 변화시키는 원인
나. 열에너지의 이동과 온도
물질이 열에너지를 흡수하거나 방출하면 입자 배열이 달라지면서 물질의 상태가 변하고, 주변의 온도가 달라진다.
2. 상태 변화와 열에너지
가. 열에너지를 흡수하는 상태 변화: ____, ____, ____
나. 열에너지를 방출하는 상태 변화: ____, ____, ____
다. 상태 변화에 따른 열에너지 출입과 입자 배열의 변화
***상태가 변할 때, 온도가 일정한 까닭은?
라. 상태변화와 열에너지 출입의 예
3. (생활에 적용) 상태 변화 과정에서 출입하는 열에너지의 이용
아래에 제시된 사례 중 한 가지를 선택하고, 각 상황에서 "상태변화로 온도를 조절한 예"를 찾아 정리한다.
① 이글루
② 냉장고
③ 아이스크림 상자 속 드라이아이스
④ 휴대용 에어컨(냉풍기)
⑤ 파라핀 통증 치료
⑥ 생선 가게의 얼음
⑦ 열감기와 물수건
⑧ 겨울철 과일 창고에 물그릇 놓기
<에어컨의 원리>
액체 냉매가 기화하면서 열에너지를 흡수함으로써 공기를 시원하게 한다.
<스팀 난방기의 원리>
수증기가 물로 액화하면서 열에너지를 방출함으로써 건물 내부를 따뜻하게 한다.
1. 고체 물질이 액체로 녹을 때는 열에너지를 ( 흡수, 방출 )하므로 주변의 온도가 ( 높아, 낮아 )진다.
흡수, 낮아
2. 우리 선조들은 한겨울 과일 창고에 물그릇을 두어 과일이 어는 것을 방지하였는데, 이는 물이 얼음으로 ( )할 때 ( )하는 열에너지를 이용한 것이다.
응고, 방출
3. 여름에 분수대 옆을 지나면 시원한 까닭을 상태 변화와 관련하여 설명해 보자.
물이 수증기로 기화하면서 주변으로부터 열에너지를 흡수하므로 분수 주변의 온도가 낮아지기 때문이다.
4. 오른쪽 그림에서 상태 변화할 때 열에너지를 방출하는 경우를 모두 고른 것은?
①A,C,E ②A,C,F ③B,C,E ④B,D,E ⑤B,D,F
5. 각 과정에 해당하는 열에너지의 종류 및 출입을 옳게 짝지은 것은?
① A - 융해열 흡수 ② B - 응고열 방출
③ C – 승화열 흡수④ D - 기화열 흡수
⑤ E – 액화열 방출
6. 추운 겨울 농부들은 오렌지의 냉해를 방지하기 위해 오렌지 나무에 물을 뿌린다. 그 이유를 바르게 설명한 것은?
① 물의 온도보다 오렌지의 온도가 더 높기 때문이다.
② 물이 융해되면서 열을 방출하기 때문에 주위의 온도가 높아진다.
③ 물이 융해되면서 열을 흡수하기 때문에 주위의 온도가 높아진다.
④ 물이 응고되면서 열을 방출하기 때문에 주위의 온도가 높아진다.
⑤ 물이 응고되면서 열을 흡수하기 때문에 주위의 온도가 높아진다.
7. 아이스박스 속에 음료수와 과일을 얼음과 함께 넣어 두면 시원하게 보관할 수 있다. 이때 이용되는 원리
8. 물의 끓는점이 에탄올보다 높은 이유를 설명하시오.
주어진 자료를 읽고 물음에 답하시오.
2001년 유네스코 세계기록유산으로 등재된 직지심체요절은 현존하는 가장 오래된 금속 활자본이다. 고려 시대에는 많은 양의 문서 또는 책을 빠른 속도로 제작할 수 있는 인쇄술이 발달하였는데, 이는 금속 활자를 이용한 것이다. 다음 영상을 보면서 금속 활자를 만드는 과정을 살펴보자.
3단계에서 쇳물의 상태 변화를 입자 모형으로 옳게 나타낸 과정은?
1-1. 3단계의 쇳물이 시간의 흐름에 따라 어떻게 상태 변화하는지 <서술 조건>을 포함하여 설명하시오. (3점)
서술 조건: 물질의 상태, 입자의 종류, 입자의 개수, 입자 사이의 거리, 입자의 배열
1-2. 4단계에서 활자를 특정한 크기로 얻고자 한다. 거푸집의 글자 크기를 원하는 글자 크기에 비해 어떻게 만들어야 하는지 물질의 상태 변화에 따른 부피 변화와 관련지어 설명하시오. (2점)