제가 제일 좋아하는 질문중에 하나입니다.



<질문>
커선생님이 수업들어오기 전에 너무 더워서 얼음물을 두컵 준비해 놓고 왔단다.
수업시간이 끝나고 올라가 보니
한쪽컵은 얼음이 아직 거의 그대로 있고 한쪽컵은 얼음이 다 녹아서 콩알만한 얼음하나만 떠 있는 거야
어떤컵의 물이 더 온도가 낮을까?

<대답>학생들 대부분 이질문을 하면 얼음이 많이 남아있는 컵의 온도가 더 낮다고 생각합니다.

<질문>
그럼 얼음이 많이 들어있는 컵의 물의 온도는 몇도정도 되고, 얼음이 콩알만하게 남아있는 컵의 물의 온도는 어느정도 될까?


<결론>
충분한 시간동안 교무실에 있었으므로 두 컵다 현재 0도 임을 알 수 있습니다.
왜냐하면 상태변화가 일어나고 있는 중이니까요?

만약 0도 보다 온도가 더 낮아졌다면 컵속의 모든 물은 다 얼어있어야 할테고
만약 0도 보다 온도가 더 높아졌다면 컵속의 모든 얼음은 다 녹아 있어야 하겠지요.

상태변화가 일어나는 동안은 온도변화가 없다고 분명히 강조해서 가르쳤는데도 실제로 이 질문을 해보면 많이 틀린답니다.

상태변화에 대해 다시한번 생각하게 하는 좋은 방법인것 같아 항상 써먹고 있답니다.

Posted by 민서아빠(과학사랑)

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  1. 안상임 2015.06.25 12:06  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    궁금한 게 있어서요.
    얼음이 녹기 위해서는 융해열이 필요한데 그 열은 물이나 공기에게서 얻어야 하지 않을까요?
    그렇다면 얼음이 더 많이 녹은 컵의 물이 더 열을 많이 빼앗겼을 것이고,
    그 결과 얼음이 더 많이 녹은 컵의 물이 더 온도가 낮을 것 같아서요.
    그런데 실제로 실험을 해보면 얼음이 많이 들어있는 컵의 온도가 더 낮고...
    그 이유를 정확하게 설명을 못하겠네요.

    • 민서아빠(과학사랑) 2015.06.25 13:56 신고  댓글주소  수정/삭제

      열평형때문에 그렇습니다.

      얼음을 냉동실에서 바로 꺼내면 영하 10도 보다 더 낮은 온도이므로 물에다 넣으면 물의 온도도 급격히 떨어지게 됩니다. 아마 얼음 주변의 물의 온도는 순간적으로 0도 보다 낮아질 수도 있습니다. 하지만 오랜 시간이 지나면 온도가 높은곳에서 낮은곳으로 열이 이동하기 때문에 결국 물과 얼음 온도는 같아지게 되지요.
      문제에서 제시한 것처럼 충분히 긴 시간을 놔둔 이유는 열평형 상태를 만들기 위해서 입니다.
      상태변화가 일어날때의 온도는 0도 이므로 얼음이 조금이라도 남아 있다면 물의 온도는 0도가 됩니다.
      얼음이 많이 있다고 해도 시간이 지나는 동안 얼음 온도도 점점 올라가 0도가 되었다고 볼 수 있습니다.
      융해열을 순간적으로 뺏어가는 것이 아니라 서서히 열평형을 이루면서 빼앗아가기 때문에 물의 온도는 0도를 유지한다고 봐도 될 겁니다.