열평형

안녕하세요.

제주도에서 중·고등학생을 대상으로 개인&그룹 과학수업을 하고 있는 달빛과학 입니다.

얼음이 가득찬 상자에 알록달록 다양한 음료수가 들어있습니다.

온도가 높은 음료수는 온도가 내려갈 것이고, 온도가 낮은 얼음은 온도가 올라 녹겠지요.

이렇게 하면 미지근한 음료수를 시원하게 마실 수 있겠네요.

마트나 시장에 있는 수산물 코너에 가면 생선을 얼음 위에 진열해두고 팝니다.

온도가 높은 생선을 얼음 위에 두면 위에 음료수 처럼 온도가 내려가겠죠.

생선을 신선하게 유지할 수 있고, 소비자에게도 신선하게 보입니다.

이렇게 온도가 다른 물질을 함께 붙여놓으면 온도가 높은 물체는 온도가 낮아지고, 온도가 낮은 물체는 온도가 올라갑니다. 여름에 계곡에 놀러가서 수박을 시원한 계곡물에 담궈놓는 것도 똑같은 원리입니다.

이번 시간에는 이런 생활 속 현상의 원리를 알아보도록 할게요.

*** 열평형 [thermal equilibrium, 熱平衡]

■ 열의 이동

열에너지는 온도가 높은 물체에서 온도가 낮은 물체로 이동합니다.

위 사진의 경우를 예로 들자면,

열은 온도가 높은 음료수에서 온도가 낮은 얼음물로 이동하고,

온도가 높은 생선에서 온도가 낮은 얼음으로 이동하게 됩니다.

▶ 열의 이동 방향

온도가 높은 물체 → 온도가 낮은 물체

■ 열평형 상태

온도가 다른 두 물체를 접촉시키면 열은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하게 되겠죠.

그렇게 시간이 지나면 두 물체의 온도가 같아지게 됩니다.

그 상태를 '열평형 상태'라고 부릅니다.

▶ 그래프로 알아보기

직접 열평형 그래프를 그려봤어요. (못그렸어도 이해해주세요 ^^)

서로 다른 두 물체 물체A(60℃)와 물체B(10℃)를 접촉시켰습니다.

열은 온도가 높은 A에서 온도가 낮은 B로 이동을 하게 되겠지요.

처음에는 이동하는 열이 많겠지만 두 물체의 온도차가 줄어들면서 이동하는 열의 양도 적어집니다.

시간이 지날수록 물체A의 온도는 내려가고, 물체 B의 온도는 올라가게 됩니다.

40초가 되었을 때, 두 물체의 온도가 30℃로 같아지게 되는데요,

이 상태를 바로 '열평형 상태'라고 합니다.

이때, 물체A가 잃어버린 열의 양은 물체B가 얻게 된 열의 양과 같겠지요.

열은 물체A에서 물체B로 이동한 것 뿐이니까요.

▶ 분자 운동의 변화

우리는 초등학교 과학 과정에서 온도가 높으면 분자 운동도 활발하다는 것을 배웠습니다.

물론 온도가 낮으면 분자 운동이 둔하겠지요.

그렇다면 열평형 과정에서 서로 다른 두 물체의 분자 운동은 어떻게 달라질까요?

온도가 높은 물체A는 온도가 점점 낮아지므로 분자 운동이 서서히 둔해지게 될 것이고,

온도가 낮은 물체B는 온도가 점점 높아지므로 분자 운동이 점차 빨라지게 될 겁니다.

온도와 분자 운동에 대해서는 다른 포스팅에서 더욱 자세하게 알아보도록 해요 ^^

*** 정리하기

중요한 내용을 다시 정리해보도록 할게요.

▶ 온도가 다른 두 물체를 접촉 시키면,

- 온도가 높은 물체는 열을 잃고, 온도가 낮아지며, 분자 운동이 둔해진다.

- 온도가 낮은 물체는 열을 얻고, 온도가 높아지며, 분자 운동이 빨라진다.

▶ 두 물체의 온도 차가 클수록 이동하는 열의 양이 많으므로,

처음에는 열의 이동이 많지만, 시간이 지날수록 열의 이동하는 양도 적어진다.

▶ 시간이 지나 두 물체의 온도가 같아진 상태를 '열평형 상태'라고 한다.

▶ 온도가 높은 물체가 잃은 열의 양 = 온도가 낮은 물체가 얻은 열의 양

열평형 상태에 대해 확실하게 정리가 되었나요? ^^

다음 시간에는 열이 어떻게 이동하는지, 그 방법에 대해서 알아보도록 합시다.

그럼 오늘도 열공하세요!!

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