SCIENCE 3D | 데우면 늘어나는 물체 (열팽창)

무슨 일이 일어났나

물체를 데우면 입자들이 더 크게 움직이며 서로 조금씩 멀어져 길이와 부피가 늘어나는데, 이것을 열팽창이라고 합니다.

NIST 는 부품의 크기가 열팽창 때문에 온도에 따라 바뀐다고 설명하고, 강철의 선팽창 계수를 약 12×10⁻⁶/°C, 황동을 약 24×10⁻⁶/°C 로 적습니다.

늘어난 길이는 ΔL = α·L·ΔT 로, 시뮬레이터에서 1 m 강철을 50 K 데우면 0.600 mm, 0 °C → 100 °C 로 데우면 1.20 mm 늘어납니다.

선팽창 계수를 황동 값 24 로 바꾸면 같은 조건에서 1.20 mm 로 두 배가 됩니다 — 서로 다른 금속을 맞물린 부품은 온도에 따라 맞물림이 달라집니다.

물은 예외가 있어서, USGS 에 따르면 4 °C 쯤의 물이 0 °C 물보다 무겁습니다 — 0~4 °C 사이에서는 식을수록 오히려 부피가 늘어납니다.

💡 생활 속 예시

한여름 전깃줄이 한겨울보다 더 아래로 처져 보이는 것은 데워진 전선이 늘어나기 때문입니다.
옛 액체 온도계의 빨간 기둥이 따뜻한 곳에서 올라가는 것도 유리관 속 액체가 열팽창하기 때문입니다.

🙅 오해 깨기오해 모음 보기

물은 차가워질수록 늘 더 무거워진다(밀도가 커진다).
USGS 에 따르면 약 4 °C 물이 0 °C 물보다 밀도가 큽니다. NIST WebBook 값으로도 4.01 °C 에서 999.97 kg/m³, 0.01 °C 에서 999.84 kg/m³ 입니다. 출처
단단한 쇠는 온도가 바뀌어도 길이가 그대로다.
Network Rail 은 강철 레일이 뜨거워지면 늘어나 휘기 시작할 수 있다고 설명합니다. 출처

누가 왜 찾았나

길이가 온도에 따라 바뀌니, 공장마다 «몇 도에서 잰 길이» 인지 달라 같은 치수가 맞지 않는 일이 생겼습니다. NIST 기록에 따르면 블록 게이지를 발명한 요한손(C. E. Johansson)은 미터 단위 블록을 늘 20 °C 기준으로 만들었고, 국제 도량형 위원회(CIPM)는 1931 년 4 월 15 일 20 °C 를 길이의 기준 온도로 만장일치로 정했습니다. 그 뒤로 공업에서 쓰는 길이는 «20 °C 에서의 크기» 입니다.

확인된 값

강철 레일은 뜨거워지면 늘어나 휘기 시작할 수 있다 (Network Rail): 늘어남 출처
물체의 크기는 열팽창 때문에 온도에 따라 바뀐다 (NIST): 온도에 따라 바뀜 출처
산업에서 길이를 «20 °C 에서의 크기» 로 정한 해: 1931 출처
물은 0 °C 보다 4 °C 에서 더 무겁다(밀도가 크다) (USGS): 4 °C 출처
물 밀도 4.01 °C · 1 기압 (NIST WebBook): 999.97 kg/m³ 출처
물 밀도 0.01 °C · 1 기압 (NIST WebBook): 999.84 kg/m³ 출처
강철의 선팽창 계수 (NIST — 황동은 약 24×10⁻⁶/°C): 0.000012 1/K 출처
국제 도량형 위원회(CIPM)가 20 °C 를 길이 기준 온도로 만장일치로 정한 날: 1931-04-15 출처
블록 게이지를 발명한 요한손(C. E. Johansson) — 미터 블록을 늘 20 °C 기준으로 만듦: C. E. Johansson 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 과학(중학교) · 열 [9과03-03]
한국 2022 · 역학과 에너지 · 열과 에너지 [12역학02-01]
일본 · 小学校第4学年 A (2) 金属，水，空気と温度

출처

https://www.networkrail.co.uk/running-the-railway/looking-after-the-railway/delays-explained/buckled-rail/(확인 2026-11-12)
https://emtoolbox.nist.gov/Publications/NISTJResJan-Feb2007-112-1.asp(확인 2026-11-12)
https://www.usgs.gov/special-topics/water-science-school/science/water-density(확인 2026-11-12)
https://webbook.nist.gov/cgi/fluid.cgi?Action=Data&Wide=on&ID=C7732185&Type=IsoBar&Digits=5&P=0.101325&THigh=8&TLow=0&TInc=2&RefState=DEF&TUnit=C&PUnit=MPa&DUnit=kg%2Fm3&HUnit=kJ%2Fkg&WUnit=m%2Fs&VisUnit=uPa*s&STUnit=N%2Fm(확인 2026-11-12)
https://emtoolbox.nist.gov/Publications/NISTJResJan-Feb2007-112-1.pdf(확인 2026-11-12)

데우면 늘어나는 물체 (열팽창)