제08강. 습도계 탐구

제08강. 습도계 탐구

교과명: 지구영역 탐구

이면우(춘천교육대학교)

제08강. 기상 영역 탐구(2): 습도계 탐구

01. 수업 목표

상대 습도를 재는 건습구 습도계의 원리를 이해하고 상대습도와 절대습도의 개념을 설명할 수 있다.

02. 대표 탐구활동

우리 강의실 습도(상대습도) 측정하기,

03. 탐구활동 정리 건습구 습도계

04. 과학 개념의 이해

습도, 상대 습도, 절대 습도, 이슬점 온도, 포화 수증기압.

05. 생각 넓히기

01. 수업 목표

1. 수업 목표

상대 습도를 재는 건습구 습도계의 원리를 이해하고 상대 습도와 절대 습도의 개념을 비교하여 설명할 수 있다.

2. 현행 초등 과학 교육과정(2015)

(6) 날씨와 우리 생활

이 단원에서는 학생들이 경험한 기상 현상을 중심으로 여러 가지 날씨 요소를 이해함으로써 날씨와 우리 생활과의 관계를 탐구하려는 태도를 갖도록 한다. 습도가 우리 생활에 미치는 영향을 설명하고, 이슬, 안개, 구름의 차이와 구름에서 비와 눈이 내리는 과정을 이해하도록 한다. 또한 저기압과 고기압의 의미, 바람이 부는 이유, 우리나라 계절별 날씨의 특징 등을 알아보도록 한다.

• [6과06-01] 습도를 측정하고 습도가 우리 생활에 영향을 주는 사례를 조사할 수 있다.

• [6과06-02] 이슬, 안개, 구름의 공통점과 차이점을 이해하고 비와 눈이 내리는 과정을 설명할 수 있다.

• [6과06-03] 저기압과 고기압이 무엇인지 알고 바람이 부는 이유를 설명할 수 있다.

• [6과06-04] 계절별 날씨의 특징을 우리나라에 영향을 주는 공기의 성질과 관련지을 수 있다.

[탐구 활동]

• 건습구 온도계로 습도 측정하기  건습구 습도계

• 이슬, 안개 발생 실험하기

• 바람 발생에 대한 모형 실험하기

㈎ 학습 요소

• 습도, 이슬, 안개, 구름, 비와 눈, 기압, 저기압과 고기압, 바람, 계절별 날씨

㈏ 성취 기준 해설

• [6과06-02] 구름에서 비와 눈이 내리는 과정은 구름을 구성하는 입자가 커져서 떨어지는 수준에서 이해할 수 있도록 안내한다.

01. 수업 목표

출처: 2015 교육과정(교육부, 2015)

• [6과06-03] 기압은 공기의 압력보다는 무게와 관련지어 소개하고, 저기압과 고기압의 의미는 저기압과 고기압 사이에서 바람이 어 떻게 부는지를 이해하는 수준에서 다룬다. 대기의 연직 온도 분포, 대기의 성분, 기단, 전선 등의 개념은 구체적으로 다루지 않는다.

(다) 교수･학습 방법 및 유의 사항

• 날씨는 학생들이 매일 접하는 자연 현상으로, 관찰과 실험을 중심으로 한 탐구 활동의 좋은 소재가 된다. 따라서 이 단원에서는 관찰 과 실험을 중심으로 여러 가지 날씨 요소의 특징을 이해할 수 있도록 계획한다.

• 구체적인 실험을 통하여 여러 가지 날씨 요소를 관찰하도록 하고, 관찰한 결과를 우리 생활과 관련짓도록 한다.

• 이 단원은 초등학교 3~4학년군의 ‘물의 상태 변화’, ‘물의 여행’, 중학교 1~3학년군의 ‘기권과 날씨’와 연계된다.

(라) 평가 방법 및 유의 사항

• 단편적인 지식의 평가를 지양하고, 관찰과 실험에 대한 이해도 등에 대해 관찰 평가를 실시할 수 있다.

• 건습구 온도계로 습도를 측정하는 과정이나 바람 발생에 대한 모형실험의 과정을 실험 평가할 수 있다.

 건습구 온도계, 건습구 습도계 어느 용어가 옳을까?

제7차 교육과정

(1997-2007) 2007 교육과정 2009 교육과정 2015 교육과정

건습구 습도계 건습구 온도계 건습구 습도계 건습구 온도계

5학년

(8) 물의 여행 단원 6학년

(4) 날씨의 변화 5-6학년 군

(3) 날씨와 우리 생활 초등학교 5-6학년 (6) 날씨와 우리 생활 영어 표기: Hygrometer, Wet and Dry Bulb Thermometers

02. 대표 탐구활동(1): 습도계로 습도 측정하기

초등 과학. 5-2. 24-25쪽, (2009 교육과정)

건습구 습도계는 알코올 온도 계 두 개를 사용하여 습도를 측 정하는 기구입니다.

알코올 온도계 두 개 중에 헝 겊을 감싸지 않은 알코올 온도 계를 건구 온도계라고 합니다.

건구 온도계는 공기의 온도인 기온을 측정합니다.

습구 온도계는 알코올 온도계 의 액체샘을 헝겊으로 감싼 뒤 에 헝겊의 아랫부분이 물에 잠 기도록 한 온도계입니다.

습구 온도계에서는 헝겊을 타 고 올라온 물이 증발하면서 주 위의 열을 흡수하여 온도가 낮 게 측정됩니다. 이 때문에 습구 온도와 건구 온도가 차이가 나 게 됩니다.

02. 대표 탐구활동(2): 건습구습도계로 습도 측정하기

초등 과학. 5-2-3 날씨와 우리생활. 50-51쪽. (2015 교육과정)

<교육현장의 목소리>

- 습도계를 왜 직접 만 들어야 할까요?.

- “과학자 따라하기”의 과정인가요?

03. 탐구활동 정리(1): 건습구 습도계를 설명한 논문

H. A. Hazen, 1883, The Dry- and Wet-Bulb Hygrometer, Science,

The Dry- and Wet-Bulb Hygrometer Author(s):

H. A. Hazen Source: Science, Vol. 1, No. 18 (Jun.

8, 1883), pp. 502-506 Published by: American Association for the Advancement of Science

03. 탐구활동 정리(2): 습도 측정

초등 과학. 실험관찰. 6-2-1. 날씨의 변화, 8-9쪽. (2007 교육과정) 초등 과학. 6-2-1. 날씨의 변화, 28쪽. (2007 교육과정)

03. 탐구활동 정리(3): 옛 교과서 탐색: 습도 측정

초등 과학. 4-2. 7. 모습을 바꾸는 물, 74-75쪽. (제7차 교육과정)  화학 영역에서 다루었음.

• 수증기와 김은 어떻게 다른가?

• 수증기는 눈으로 볼 수 있는가?

• 일상생활에서 잘 못 사용하는 용어

의 사례를 찾아보자.

03. 탐구활동 정리(3): 옛 교과서 탐색: 습도 측정

초등 과학. 5-1. 8. 물의 여행, 72-73쪽. (제7차 교육과정)  지구과학 영역에서 다루었음.

• 부채를 사용한 이유는 무엇인가?

• 습도계를 만들 필요가 있는가?

• 잉크를 탄 물에 얼음을 넣은 컵을 관 찰한 이유는 무엇일까?

• 어떤 대체 실험이 가능할까?

03. 탐구활동 정리(3): 옛 교과서 탐색: 습도 측정

자연, 5-1. 3. 날씨의 변화, 80-81쪽. (제5차 교육과정

• 셀로판지를 이용하여 습도계를 만들 수 있는 원리를 생각해보자?

• 실제로 습도계에 이용한 사례가 있 는가?

• 겁습구습도계와의 차이는 무엇일까?

• 이후 교육과정에서는 모두 건습수습

도계를 사용했다. 어떤 차이가 있는

가?

04. 기본 개념(1): 상대 습도, 이슬점 온도

• 건구 온도와 습구 온도가 차이가 나는 이유는 무엇일까? (2019년 지구과학교육실에서 측정한 값)

• 이슬점 온도(露點 溫度, dew point temperature)란 무엇인가?

어떤 물리량을 뜻하는가?

수증기가 투입될 때 상대습도의 변화

04. 기본 개념(2): 상대 습도, 혼합비, 포화 상태.

Lutgens and Tarbuck, 1992, the Atmoisphere, 5^th ed, p.74

온도가 변할 때 상대습도의 변화(닫힌 공간)

04. 기본 개념(3): 온도가 변할 때 상대습도의 변화

Lutgens and Tarbuck, 1992, the Atmosphere, 5^th ed, p.75

수증기압과 대기압

Vapor pressure(수증기압) is the total force of all the molecules of a gas hitting the side of the box.

Air pressure (기압) is the total combined vapor pressure of all the different gases.

04. 기본 개념(4): 하루 동안의 상대습도와 기온의 변화

Lutgens and Tarbuck, 1992, the Atmosphere, 5^th ed, p.76. 참조할 것.

 상대 습도 (Relative humidity)는 공기 중의 실제로 있는 수증기의 양을 말

해주지 않는다 . 공기 중에 수증기가 포화된 정도를 말해주는 것이다.

• 습도

공기 중 수증기는 눈에 보이지 않지만, 활발한 운동을 하고 있다. 공기 중 수증 기가 적을 때는 물의 표면으로부터 공기 중으로 튀어나오는 수증기의 개수가 많 아져 물의 양은 줄어든다. 이것을 ‘증발’

이라고 한다.

또한, 공기 중에서 물로 들어가는 수가 많으면 ‘응결’이 일어난다. 물과 공기 중 으로 더 이상 수증기가 이동하지 않는 상 태를 ‘포화’되었다고 하는데, 포화 상태 대기 1㎥ 속에 들어 있는 수증기의 양을

‘포화 수증기량’이라고 한다. 이 값은 g으 로 나타낸다.

04. 기본 개념(5): 포화 수증기압 곡선과 절대 습도

초등 과학. 교사용지도서, 6-2-1. 날씨의 변화, 183쪽. (2007 교육과정)

출처: http://www.conservationphysics.org/teabag/ah_mr.php

 공기 중의 수증기가 많은 곳은?

 상대습도가 높은 곳은?

04. 기본 개념(6): 상대 습도와 절대 습도의 차이

• 여러 가지 습도계

- 건습구 습도계(Psychrometers)

- 모발 습도계(Hair tension hygrometers) - 자기 모발 습도계

- 전기 습도계(Electrical Hygrometers)

- 이슬점 습도계 (Dew-Point Hygrometers)

04. 기본 개념(7): 여러 가지 습도계

05. 생각 넓히기(1): 건습구 습도계, 건습구 온도계

 다음 영문 자료를 읽어보고 , 건습구 습도계(또는 건습구 온도계) 중 어떤 명칭이 적절한지 의논해 보자!

dry- and wet-bulb hygrometer

An instrument to measure the dew point, relative humidity, and vapor pressure. It essentially consists of two ordinary, accurate, mercury thermometers. One has thin muslin wrapped around it and is kept wet; it is calleda wet-bulb thermometer. The other is a dry-bulb thermometer. The dry-bulb thermometer shows the current temperature, whereas the wet-bulb thermometer shows a

somewhat lower temperature, the result of the latent heat of evaporation, which depends on the relative humidity of the air. The difference between the two thermometers is a measure of the relative humidity of the air, which is calculated by a formula.

Also called a psychrometer.

05. 생각 넓히기(2): 모발 습도계 만들기

 옆의 그림은 모발 습도계의 모식도 이다. 어떠한 원리로 상대습도를 측 정할 수 있는지 설명해 보자.

 자기 나름의 습도계를 만들어 보자.

설계도를 제시해 보자.

05. 생각 넓히기(3): 습도계 발명의 역사

• 1400년대 후반(1470년?), 레오나르도 다 빈치(Leonardo di ser Piero da Vinci, 1452-1519) 최초의 습도계 고안( 위 사진).

• 1664년. 폴리(Francesco Folli, 1624-1685) 실제 사용가능 습도계 발명

• 훅(Robert Hooke, 1635-1703). 조인트, 스프링 등을 이용하여 습도계, 기압계 등 개량.

• 1774년. 랑베르(Johann Heinrich Lambert, 1728-1777) 처음으로 “hygrometer” 용어 사용함.

•

• 1783년. 소쉬르(Horace Bénédict de Saussure, 1740-1799), 모발습도계(hair hygrometer) 실험 성공 ( 아래 왼쪽 사진).

• 1820년경. 다니엘(John Frederic Daniell, 790-1845)

이슬점 습도계(a dew-point hygrometer) 발명. ( 아래 오른 쪽 사진).

• 1825년. 아구스트(August Wilhelm von Hofmann, 1818-1892)

건습구 습도계( psychrometer, a wet- and dry-bulb thermometer)

 습도계의 역사에 대해서 조사해 보자!

05. 생각 넓히기(4): 온도, 습도와 우리 생활

• 계절과 온도 조건에 따라 다르지만, 대체로 쾌적한 습도는 40-60%이다.

• 여름철에는 60% 이하로 낮추기 위해 제습기를 사용하지만, 겨울철에는 40% 이상으로 높이려고 가습기를 사용한다.

 신문이나 인터넷 등을 이용하여 온도나 습도와 관련된 여러 지수를 찾아보자.

불쾌지수, 빨래지수, 세차지수, ……

감기가능지수, 천식폐질환가능지수, 뇌졸증가능지수, …….

불쾌지수란 사람의 기분이 불쾌한 정도를 나타내는 숫자이다. 예를 들어 여름철에는 몸에 땀이 많이 나는데, 이때 나온 땀이 증발하면서 체온을 빼앗아가므로 시원하게 느낀 다. 그런데 만일 공기 중에 습도가 높아 증발이 적게 일어난다면, 우리는 아주 덥게 느끼 게 되며, 기분이 나쁘게 된다. 이럴 때 우리의 불쾌지수는 높아진다. 이와 같이 불쾌지수 는 온도뿐만 아니라 습도도 상당한 역할을 하게 된다. 불쾌지수를 나타내는 식은 다음과 같다.

불쾌지수= 0.72 (건구온도 + 습구온도) + 40.6

일반적으로 불쾌지수가 60-70 이면 쾌적한 상태이며, 71- 76은 보통이다. 76-80은 불쾌 함을 느끼고, 81-85는 아주 불쾌하며, 86 이상은 견디기 어려운 상태가 된다.