Ⅲ. 열 — 단원 종합 평가

해설 · 온도는 물체를 이루는 입자의 평균 운동 에너지를 나타내는 양이다. 입자 운동이 활발할수록 온도가 높다. 열은 물체 안에 '들어 있는' 양이 아니라 이동하는 에너지이며, 입자 수·무게는 온도와 직접 관련이 없다.

해설 · 열은 항상 온도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동한다. 두 물체의 온도가 같아질 때까지 이동이 계속되며, 이 상태를 열평형이라 한다. 같은 양·같은 물질의 물을 섞으면 평형 온도는 두 처음 온도의 평균인 50°C 부근이 된다.

해설 · 금속 냄비처럼 고체에서 열이 전달되는 방식은 전도이다. 입자는 자기 자리에서 진동하지만, 그 진동이 옆 입자에 전달되며 열이 옆으로 옆으로 퍼져 나간다. 그래서 손잡이 부분을 보통 나무·플라스틱으로 만들어 전도를 막는다.

해설 · 에어컨에서 나온 차가운 공기는 입자 운동이 느려 부피가 작고 밀도가 커서 아래로 내려간다. 그 자리에 더운 공기가 위로 올라가는 대류 순환이 자연스럽게 일어나, 천장에 설치할수록 효율적이다. 반대로 난방기는 바닥 가까이 두는 것이 좋다.

해설 · 복사는 매개 물질이 없어도 전자기파의 형태로 열이 직접 이동하는 방식이다. 진공인 우주에서는 입자가 없어 전도·대류가 일어날 수 없으므로, 태양 → 지구로의 열은 오직 복사로만 전달된다.

해설 · 같은 양·같은 열을 받아도 비열이 작을수록 온도 변화가 크다. 모래의 비열(0.20)은 물(1.00)의 1/5이므로, 같은 햇볕을 받으면 모래의 온도가 약 5배 빠르게 올라간다. 그래서 한낮의 해변에서 모래는 뜨겁고 바닷물은 시원하다.

해설 · 고체의 입자는 자기 자리에서 진동한다. 가열하면 진동이 격렬해져 진동 폭이 커지고, 입자들 사이의 평균 거리가 살짝 멀어진다. 그 결과 물질 전체의 길이·부피가 늘어나는 것이 열팽창이다. 입자 수·무게는 가열로 바뀌지 않는다.

해설 · 자동차 라디에이터에 물을 쓰는 까닭은 비열이 커서 많은 열을 흡수할 수 있기 때문 — 비열의 응용이다. 철로의 틈, 다리의 이음매, 금속 뚜껑 가열은 모두 가열·냉각 시 길이가 변하는 열팽창 현상을 고려한 설계 사례이다.