- 오늘 활동에 참여한 소감을 이야기한다.
- 오늘의 주제를 가장 잘 표현한 모둠을 선정하고 이유를 이야기한다.
학생용 활동지
중심교과
과학
STEAM 요소
S
읽을거리 1 제4의 물질의 상태, 플라스마
1. 고체(1) 일정한 부피와 모양을 가진다.
(2) 온도나 압력에 의해 그 모양이나 부피가 거의 변하지 않는다.
(3) 단단하다.
(4) 입자 배열이 규칙적인 결정성 고체와 입자 배열이 불규칙적인 비결정성 고체가 있다.
2. 액체
(1) 부피는 일정하나 담긴 그릇의 모양에 따라 그 모양이 달라진다.
(2) 온도가 변하면 부피가 변하지만, 압력에 의해서는 부피가 거의 변하지 않는다.
(3) 입자들은 밀집한 상태에서 운동하며 흐르는 성질이 있다.
3. 기체
(1) 모양이 일정하지 않고, 열려 있는 그릇에서 달아나는 성질이 있어서 밀폐된 용기 에만 담아 둘 수 있고, 기체가 담긴 용기의 부피가 곧 기체의 부피가 된다.
(2) 온도나 압력의 변화에 따라 부피가 크게 변한다.
(3) 입자들이 빠른 속도로 직선 운동을 하며, 흐르는 성질이 있다.
읽을거리 2 물질의 상태 변화
1. 물의 상태 변화
자연계에서 강이나 바다의 물은 증발하여 수증기로 되고, 이것이 비 또는 눈이 되어 내리 기도 한다. 이와 같은 현상은 물이 온도에 따라 기체, 액체, 고체의 세 가지 상태 로 변하는 것을 보여준다.
2. 물질의 상태 변화
대부분의 물질은 온도에 따라 기체, 액체, 고체의 세 가지 상태로 존재하며, 가열하거 나 냉각시키면 상태가 변한다. 즉, 물질이 물질 그 자체는 변하지 않고 온도의 변화에 따라 고체, 액체, 기체 상태로 그 외형만 변하는 것을 상태 변화라고 한다.
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(1) 융해와 녹는점 : 고체가 액체로 변하는 현상을 융해라 하고, 이 때의 온도를 녹 는점 이라고 한다.
(2) 응고와 어는점 : 액체가 고체로 변하는 현상을 응고라 하고, 이 때의 온도를 어 는점 이라고 한다.
(3) 기화·액화와 끓는점 : 액체가 기체로 변하는 현상을 기화, 반대로 기체가 액체 로 변하는 현상을 액화라고 하며, 기화가 일어나는 온도를 끓는점 이라고 한다.
(4) 승화 : 고체가 직접 기체로 변하거나 기체가 직접 고체로 변하는 현상을 승화라 고 한다.
① 나프탈렌의 승화 : 옷장에 넣어 둔 나프탈렌이 오랜 시간이 지나면 점점 작아져 서 마침내 흔적도 없이 사라지는 현상은 승화이다.
② 수증기의 승화 : 서리나 성에는 공기 중에 떠다니고 있던 수증기가 갑작스런 온 도의 하강으로 인해 냉각되어 얼음으로 승화된 것이다.
③ 승화성 물질 : 나프탈렌, 요오드, 드라이아이스, 장뇌 등
3. 압력 변화에 따른 물질의 상태 변화
상태 변화의 주된 원인은 온도이지만 압력이 원인이 되기도 한다. 0℃ 이하에서도 얼 음판 위 에 스케이트를 신고 올라서면 체중이 스케이트 날에 모여 작용하므로 압력 이 커져 순간적으로 얼음이 녹아 물이 되고, 물은 윤활유처럼 작용하여 잘 미끄러지 게 된다. 또 산 위에서 밥을 지을 때 기압이 낮아 물이 100℃ 이하에서 끓어 밥이 설익 는 현상 등은 압력에 의해 상태가 변하는 예이다.
읽을거리 1
4. 상온에서 물질의 상태
상온에서 물질의 상태는 그 물질의 끓는점과 녹는점에 따라 결정된다. 즉, 물질은 끓 는 점보다 높은 온도에서는 기체 상태로, 끓는점과 녹는점 사이에서는 액체 상태로, 녹는점보다 낮은 온도에서는 고체 상태로 존재한다.
(1) 상온에서 고체인 물질 : 녹는점이 상온보다 높은 물질은 상온에서는 녹는점에 도달 하지 못하므로 고체 상태로 존재한다. (예) 금, 은, 철, 설탕 등
(2) 상온에서 액체인 물질 : 녹는점이 상온보다 낮고 끓는점이 상온보다 높은 물질 은 녹아서 액체 상태로 있으나 끓는점에 도달하지 못하므로 끓어 나가지 못한 다. (예) 물, 수은, 벤젠, 에탄올 등
(3) 상온에서 기체인 물질 : 끓는점이 상온보다 낮은 물질은 상온에서는 끓어서 증 발되어 기체 상태로 존재한다. (예) 산소, 질소 등
읽을거리 3 상태 변화를 생활에서 어떻게 이용할까
분무기를 이용한 냉난방 기술우리 주변에는 물의 상태 변화를 이용한 장치가 곳곳에서 활용되고 있습니다. 어떤 것들이 있는지 살펴볼까요? 먼저 가축을 키우는 축사의 예를 들어보겠습니다. 가축 사육에 적당한 온도는 25℃ 안팎이라고 합니다. 만약 온도가 올라가면 가축들이 식 욕을 잃고 호흡이 가빠져 질병에 대한 방어력이 약해진다고 합니다. 그런데 우리나라 여름철에는 기온이 35℃를 오르내리는 경우가 많아 적정 온도를 맞추기 위해서는 축 사에서도 냉방을 해야 합니다. 이때 물의 상태 변화를 이용한 장치를 쓰고 있습니다.
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축사 위쪽에 작은 분무기들을 설치하여 미세한 물방울을 안개처럼 뿌려 주는 것입 니다. 공기 중으로 작은 물방울이 분사되면 바로 기화되면서 기화열을 흡수하여 주 변 온도를 3~4℃ 정도 낮춰 줍니다. 이 물방울들은 미세 먼지나 또는 나쁜 냄새를 내 는 기체 분자와 결합하면서 가라앉아 먼지와 악취를 제거하기도 합니다. 또한, 에어 컨과 같은 전기 제품과 비교하였을 때 전기료의 부담이 크지 않은 장점도 있습니다.
축사에서 뿌려지는 물방울
재래시장이나 공원에도 이와 비슷한 장치가 설치되어 있는 곳이 있습니다. 이것도 위 쪽에 작은 분무기들을 달고 미세한 물방울을 뿌리면 기화가 일어나면서 기화열을 흡 수하여 주위의 온도를 낮춰 줍니다. 비록 습도가 매우 높아지면 기화가 잘 일어나지 않을 수 있고 불쾌지수도 증가하는 문제점이 있기는 합니다만, 비싼 전기료의 부담이 없는 친환경 야외 냉방 시스템으로 많이 이용되고 있습니다.
공원에 설치된 쿨링 포그 시스템
이와는 반대로 과수원에서 과일나무에 꽃이 피기 전후에 늦서리 가 내려 냉해를 입 는 것을 방지할 때에도 이 장치를 이용하면 효과적입니다. 기온이 낮을 때 미세한 물 방울을 과일나무에 뿌리면 물이 얼면서 응고열이 발생하여 주위의 온도가 높아지게 되므로, 꽃에 서리가 내려 피해를 입는 것을 줄일 수 있습니다. 에스키모인들이 얼음 집에 물을 뿌려 집안을 따뜻하게 하는 것과 같은 원리입니다.
과수원과 이글루에서의 응고열 이용
이와 같이 똑같은 장치라도 상태 변화의 종류가 달라 주위의 온도를 높여 주거나 낮 춰 줄 수 있습니다. 상태 변화의 원리를 이용하면 적은 비용으로도 효율적인 냉난방 장치를 이용할 수 있습니다.