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열의대류
(1) 대류 현상이란 무엇인가?
대류현상은 우리의 생활 주변에서
언제 어디에서나 쉽게 관찰할 수 있는 현상으로서 방안에 난로를 켜 놓았을 때 난로에서 주변에까지 점차적으로 뜨거워지는
현상이며 목욕탕에서도 뜨거운 공기가 위로 올라가면 차가운 공기가 움직이는 현상을 말할 수 있다. 더욱 일반적인 것은
우리의 대기권에서 일어나는 공기의 움직임을 들 수 있다. 지표면의 가열을 통해 지표면 주위에 있던 뜨거운 공기가 열을
가지고 위로 증발하면 주위에 있던 차가운 공기가 다시 그 자리를 메꾸워 지표면의 온도가 계속 올라가는 현상을 방지하여
지구의 온도을 적절히 조절하여 주기도 한다.
액체나 기체 속에서는 분자가 자유롭게 움직인다. 가열하면 분자들의 움직임은 더 활발해진다. 가열된 액체나 기체는 팽창하여
가벼워져 위로 올라간다. 반대로 냉각된 액체나 기체는 수축되어 아래로 내려온다. 이렇게 분자들이(액체,
기체) 순환하면서 열을 이동시키는 현상을 대류라고 한다.
(2) 대류 현상을 이용한 것은 어떤 것이 있을까요?
① 난로를 방바닥에 둔다.
난로 주변에서부터 서서히 열을 받은 공기는 점차적으로 방안 전체로 퍼져나가서 방안이 따뜻하게 되는 현상을 말한다.
② 냉장고의 위쪽에 냉동실을 둔다.
냉장고의 냉동실에서 차가워진 공기는 점차적으로 아래 쪽에 있는 냉장실까지 펴져나가서 냉장고의 온도를 조절할 수
있어 음식을 신선하게 보관할 수 있다.
차가운 공기는 무거워서 위로 올라가기 힘들고 아래로 내려가는 성질이 있다. 이러한 이유 때문에 냉장고의 냉동실은
항상 제일 윗칸에 만든다.
③ 공장의 굴뚝을 높이 세운다.
공장에서 나오는 매연은 대개 공기보다 약간 무겁기 때문에 굴뚝이 낮아 버리면 매연이 올라가다가 다시 밑으로 떨어지는
경우가 많다.
그렇기 때문에 굴뚝은 높을수록 좋은 것이다. 매연은 밑에서 뜨거운 공기가 계속 밀어 올리기 때문에 위로 올라 갈
수 있다.
(3) 열의 전도와 대류는 무엇이 다른가요?
전도는 난로를 처음에 피웠을 때 난로자체의 윗 부분은 뜨겁지 않다가 서서히 밑에서부터 열이
전달되어 뜨거워지는 현상을 말한다.
이와 같이 전도는 고체 물질이 열을 전달하는 현상을
말한다.
열전도현상이 대류현상(기체, 액체)과 다른 점은 열을 전달하는 물질이 고체로 한정되어 있는 점이다. 고체
안의 분자들은 제한된 범위 안에서 앞뒤로 진동을 한다. 온도가 높은 부분은 진동 속도가 빨라지고 이것이 온도가 낮은
부분으로 열을 전달한다. 이런 현상을 열전도라고 한다.
(4) 아지랑이는 왜 일어나는 것일까요?
우리는 여러 주변에서 아지랑이가 생기는 것을 볼 수 있습니다. 뜨거워진 아스팔트 위에서나
기차길옆에서 아지랑이가 생기고는 합니다. 그러면 이러한 현상이 일어나는 이유는 무엇일까요? 아지랑이는
공기의 대류현상에 의해서 일어나는 것입니다.
아지랑이 현상은 햇빛에 의해서 지면이 뜨겁게 가열되면, 지면 근처의 공기의 밀도가 작아져 상승하면서 밀도가 다른 여러
공기 층을 형성한다.
빛은 온도에 따라 굴절률이 달라져 온도차가 있는 공기 덩어리들 간에는 그 경계면에서 빛의 굴절이 일어나기 때문에 공기의
운동과 더불어 아지랑이 현상이 일어나게 된다.
햇빛이 이 공기 층을 투과하면서 굴절하면 기체가 꼬불꼬불하게 상승하는 현상이
보인다. 이것을 아지랑이라고 한다.
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