열에 의한 부피 변화

 

   화재 경보기

 

 

 

 

    건물에 불이 나면 화재가 발생했다는 싸이렌이 울립니다. 이 화재 경보기는 어떤 원리로 동작할까요? 화재 경보기 모형을 만들어 보면서 알아봅시다. 먼저 동영상에서 관찰하거나 동영상을 따라 실험해보세요.

     

     

        scienceorc.net

     

     

 

    알루미늄 조각 아래를 촛불로 가열하면 잠시 후 전구에 어떤 변화가 생기나요? 전구의 불이 켜집니다.

     

     

 

    물질이 열을 흡수하여 온도가 높아지면 부피가 커집니다.(단, 섭씨 0도~4도의 믈은 예외적으로, 온도가 올라갈 때 부피가 줄어듭니다.) 고체에 충분한 열을 가하면 액체가 되는데, 액체가 되기 전에도 온도가 올라가면서 고체가 액체의 성질을 조금씩 가지는 경우가 있습니다. 고체의 특징은 중력에 반하여 일정한 모양을 유지할 수 있지만 액체의 경우는 중력의 영향으로 일정한 모양을 이루지 못하고 아래로 흘러내립니다. 고체를 가열하면 액체가 되기 전에도 일정한 모양을 유지하는 능력이 줄어들고 아래로 늘어지는 경향이 증가하는 것을 쉽게 관찰할 수 있는 예가 있습니다.

     

     

    이 실험에서 사용한 알루미늄 조각도 가열하면 아래로 약간 늘어집니다. 촛불을 켜기 전에는 알루미늄의 온도가 낮아 알루미늄 조각이 바닥과 수평으로 놓여있습니다. 그래서 'ㄷ'자 모양의 조각과 떨어져 있어 열린 회로가 됩니다. 그래서 전구에 불이 들어오지 않습니다. 촛불이 켜지고 알루미늄이 가열되어 온도가 올라가면 아래로 늘어지기 시작합니다. 점점 늘어지다가 'ㄷ'자 모양의 조각과 닿으면 닫힌 회로가 만들어집니다. 그러면 전구에 불이 들어오지요.

     

     

    이 장치에서 알루미늄 조각은 온도에 따라 회로를 조절하는 스위치와 같은 역할을 합니다.