[안현정 선생님의 과학은 껌이다] Part 20. 전도

안녕하세요. 과학 교육 전문가 안현정입니다.
여러분께서는 혹시 도미노 게임을 해본 적이 있나요? 도미노 게임은 손톱만한 크기의 작은 블록들을 쓰러지지 않도록 조심조심 연이어 세워 놓은 뒤에 맨 마지막 블록을 툭, 건드려 모든 블록을 쓰러뜨리는 놀이입니다. 하나의 블록이 넘어지면서 시작되었지만 앞서 있던 다른 블록을 움직이게 하는 이 모습에 전도의 원리가 숨어있다고 하는데요! 오늘 시간은 도미노 게임을 연상해보면서 전도의 개념에 대해 알아보겠습니다.

[열이란?]
전도를 이해하기 앞서 열에 대한 개념을 한 번 더 잡아보겠습니다.
열은 서로 다른 온도를 가진 물체가 접촉했을 때 온도가 높은 물체에서 온도가 낮은 물체로 ‘이동하는 에너지’를 말합니다. 에너지이기 때문에 ‘일’을 할 수 있는 능력을 가지고 있으며 이는 바로 물체의 온도를 높이는 것입니다.

[전도란?]
주로 고체 상태에서 일어나는 열의 이동방법으로서 고체를 이루는 분자들 사이의 충돌에 의해 열이 전달되는 것을 말합니다.

+ 이해 PLUS
맨 처음 이야기했던 도미노 게임을 생각해볼까요?
하나의 블록이 쓰러지게 되면 앞 서 있던 블록을 건드려 이 블록 또한 쓰러지게 만들지요?
전도 또한 마찬가지입니다. 활발해진 분자가 다른 분자와 직접 접촉하면서 같이 운동하게 만들어 열을 전달해나가는 것입니다.
열을 전달한다고해서 분자가 직접 이동하는것이 아니라는 사실! 기억해주세요!

구리와 철의 전도 실험

1. 준비물 : 구리 막대 , 철 막대, 나무 막대, 촛농, 가열장치

2. 실험 준비
1) 가열장치 위에 구리막대와 철 막대를 고정시켜 놓는다.
2) 구리 막대와 철막대 위에 촛농을 이용하여 나무막대를 세워놓는다.

3. 실험
: 가열장치에 불을 붙이고 각 막대로 열이 전달되는 모습을 관찰한다.

4. 실험 결과
: 시간이 지남에 따라 구리 막대와 철막대 위에 촛농으로 세워놓았던 나무막대가 떨어진다.
1) 가열한 곳과 가까운 쪽의 나무 막대가 먼저 떨어진다.
2) 구리 막대와 철 막대의 나무 막대 떨어지는 속도가 다르다 (구리 > 철)

5. 정리
: 고체물질에서 열이 전달되는 것을 전도라고 부른다. 물질의 종류에 따라 전도 되는 속도가 다르다.

+ 지식 PLUS
물질의 열이 전달되는 속도의 정도를 열 전도율이라고 말합니다. 열전도율은 물질마다 다르며 보통 다른 고체보다 금속에서 열이 더 빠르게 전달됩니다.

우리 생활 주변의 전도
[프라이팬과 냄비]
우리 생활 주변에는 물질에 따라 열의 전달 정도가 다른 성질을 이용한 물건이 많이 있습니다. 실생활에서 열로부터 우리를 보호하기 위함도 이에 속하지요. 대표적인 것이 바로 프라이팬과 냄비와 같은 주방기기라고 할 수 있습니다. 프라이팬이나 냄비의 바닥과 옆면은 음식을 맛있게 조리할 수 있도록 열을 잘 전달 시키는, 즉 열 전도율이 높은 물질을 사용하고 있습니다. 반면 우리가 손에 쥐고 운반할 수 있도록 만들어진 손잡이는 열이 잘 전달되지 않는 플라스틱이나 나무 등으로 만들어져 있지요. 손잡이의 경우는 전도를 차단시키기 위한 물질을 택하여 이용한 것입니다.

[찌개와 국이 골고루 끓는 이유]
이어서 계속 요리에 대한 이야기를 나누어보겠습니다. 냄비나 뚝배기에 국이나 찌개를 끓일 때에, 어떻게 불이 직접 닿는 냄비나 뚝배기만 뜨거워지는 것이 아니라, 그 안에 든 찌개와 국도 뜨거워질 수 있는 것일까요?
이 또한 전도에 의한 현상입니다. 냄비나 뚝배기의 바닥에 가해졌던 열을 받은 분자가 접촉하고 있는 다른 분자와 충돌하여 운동시키면서 차례로 열을 전달하여 안에 들어있는 국이나 찌개에 까지 전달하게 되는 것입니다.
여기서 또 하나 재미있는 열의 전달방법을 관찰할 수 있는데요, 헷갈리는 지점이 있어 정확히 짚어보겠습니다.
찌개와 국이 골고루 끓어가는 것은 대류에 의한 현상입니다. 전도는 냄비나 뚝배기가 받은 열을 국과 찌개에 전달하는 것 까지를 뜻합니다.

[화상]
요리를 하다보면 손을 다치기가 쉽지요. 그중에서도 화상을 빼놓을 수가 없는데요, 화상 또한 전도의 현상 중에 하나입니다. 열이란, 온도가 높은 물체에서 온도가 낮은 물체로 이동하는 에너지를 뜻합니다.
뜨거운 물체에 비해 우리의 몸은 상대적으로 온도가 낮습니다. 그렇기 때문에 뜨거운 물체와 우리의 신체가 직접적으로 접촉하게 되면 온도가 높은 물체에서 온도가 낮은 우리 신체로 열이 이동하게 됩니다.
이처럼 갑작스러운 열에 피부와 피부 부속기에 손상이 생기는 것을 우리는 화상이라고 말합니다.

[단열재]
이번엔 전도를 차단하여 따뜻해지는 경우에 대해서 알아보겠습니다. 추운 겨울날 우리 집안이 따뜻하게 유지될 수 있는 까닭은 바로 단열재가 벽 내부에 들어있기 때문입니다.
열은 온도가 높은 물체에서 낮은 물체로 이동하는 성질을 가지고 있기 때문에, 추운 겨울날 집안 내부의 따뜻함을 유지하기 위해서는 집안의 열이 밖으로 이동하지 못하도록 막아야 합니다. 때문에 단열재는 전도가 잘 일어나지 않는 물질로 이루어져 있습니다. 또한 단열재 내부에는 공기가 들어있는데 공기는 입자 사이의 공간이 멀어서 열 에너지의 전달이 늦은 특징을 가지고 있습니다.

출처= 이투스me 안현정 강사

동아닷컴 교육섹션 정민아기자 mina@donga.com