<수업설명팁> 기권 중 대류권과 중간권에서만 대류가 일어나는 이유(실험)

<학생들에게 하는 설명>

대류권의 특징은?

대류권에서 일어나는 특징은 절대 외우지 말것! 

대류권은 우리가 살고 있는 곳이다. 우리가 살고 있는 곳을 왜 외우지?

그냥 창밖을 봐라. 창밖에 보이는 모든 현상이 대류권에서 일어나는 현상들이다.

비가오고, 눈이오고, 바람이 불고, 번개가 치고, 꽃이 피고, 낙엽이 떨어지고 등등.... 기상현상이 일어나지.

그런데 여기서 중요한 건 바람이 분다는 거야.

 

기권 중에 성층권과 열권은 안정된 층이야. 바람 한점 없지. 그 이유는 대류가 일어나지 않기 때문이야.

그럼 왜 대류권과 열권에서는 대류가 일어날까?

그건 아래쪽이 위쪽보다 온도가 높기 때문이지. 뜨거워진 공기는 위로 올라간다는 건 알고 있지?

대류현상이 뭔지 잘 기억이 나지 않으면 아래 링크 가서 다시 공부하고 와

https://sciencelove.com/2726

액체의 대류 가상실험 (웹용) - 열의 이동

 

기권이 4개의 층으로 이루어진 이유는 아래 링크에서 공부하고 와

https://sciencelove.com/1359

<수업설명팁> 대기권의 기온분포에 대한 설명과 가상실험 프로그램

 

그래서 실험을 준비해 봤다.

아래쪽에는 뜨거운 물(커피) 위쪽에는 차가운 물을 올리면 어떻게 될까?

당연히 뜨거운 물이 위쪽으로 올라가니까 둘은 바로 섞이지. 온도차이가 많이 난다면 더 빨리 섞이게 될거야.

대류가 일어나는 거지

 

그럼 반대로 위쪽은 뜨거운 물 아래쪽은 찬물을 두면?

이미 뜨거운 물이 위쪽에 올라가 있고, 차가운 물은 아래쪽에 내려와 있기 때문에 둘은 섞이지 않아. 

물이 잘 이동하지 않지. 그래서 성층권과 열권은 안정된 층이 형성되는 거야. 

직접 실험을 영상으로 살펴 보자. 

https://youtu.be/VJbty8Vx5Qo

아래쪽에 뜨거운 물이 있으면 너무 빨리 섞이는 경향이 있어서. 이번에는 중간막에 구멍을 뚫었어. 그랬더니 섞이는 모습을 천천히 관찰할 수 있었지

https://youtube.com/shorts/HyQijqtQZBU

오늘은 한가지만 기억하자. 

대류는 아래쪽이 온도가 높고 위쪽이 온도가 낮을 때 공기가 순환하면서 일어난다.

공기가 순환하니까 바람이 불고, 기상현상이 일어난다. 그리고 바람이 부니까 층이 불안정 하다. ... ^^

 

<실험 팁>

1. 실험할 때 유리컵을 사용하는 것이 좋다. 그럼 뜨거운 물을 넣어도 컵이 변형되지 않는다.(하지만 깨지기 쉽고, 과학실에 따로 준비되어 있지도 않다)

2. 플라스틱컵으로도 실험이 가능하다. 그런데 플라스틱 컵은 너무 뜨거운물을 부으면 변형이 된다. 그래서 50-60도 정도의 따뜻한 물을 사용하는 것이 좋다.

3. 교실에서 시범 실험으로  보여 주는 방법

준비물 : 수조. 플라스틱 컵 2개, 보온병 2개(정수기에서 받은 뜨거운 물, 정수기에서 받은 차가운 물), 중간 가림막(OHP 필름이나 책받침), 찬물 1병(뜨거운 물에 섞는 용도), 수조위에 올려 놓을 판(시범실험 보여 줄때 좋다)

교탁위에서 실험을 하면 컵에 물이 쏟아져 물바다가 될 수 있다.

따라서 위 사진처럼 수조위에 얹을 수 있는 판을 미리 준비해서 수조위에서 실험을 하면 좋다. 그럼 실수를 하더라고 물은 다시 수조로 모을 수 있다.

그리고 수조위에 판을 올려 놓고 그 위에서 시범 실험을 하면 뒤에 있는 학생들도 잘 볼 수 있어서 좋다.

정수기에서 받은 뜨거운 물에는 미리 커피를 타 둔다. 그리고 실험할 때는 뜨거운 커피를 플라스틱 컵에 바로 넣지 말고, 플라스틱 컵에 찬물을 절반 정도 넣고, 그 다음에 뜨거운 커피물을 넣어 주면 된다. 손을 넣었을 때 화상을 입을 정도로 뜨거우면 안된다. 

뜨거운 물컵을 가림막으로 막고 이동시켜야 하기 때문에, 물에 손을 넣어도 버틸 수 있는 정도의 뜨거운 정도여야 한다. 
(엄청 뜨거운 물을 사용해야 한다는 고정관념에 빠지지 말것)

실험이 끝난 물은 수조에 모았다가 수업이 끝나고 버리면 된다.(아니면 큰 비이커를 하나 준비해서 모았다가 버린다)

다음반 들어갈때도 미리 보온병에 뜨거운물과 차가운 물을 세팅해서 가져가기 바란다. 

 

대류에 대한 다양한 실험은 아래 링크 참고

https://sciencelove.com/1360

대기권에서 대류에 대한 설명(시온잉크)