액체 온도계
Liquid-in-glass thermometer
가는 유리관 속 액체 기둥은 어떻게 온도를 숫자로 바꿔 보여 줄까요?
무슨 일이 일어났나
액체 온도계는 아래쪽 알갱이(구) 속 액체가 데워지면 늘어나 가는 관을 따라 올라가는 기구로, NASA 에 따르면 수은 기둥 길이 같은 성질의 변화에 눈금을 맞춘 것입니다.
관이 가늘수록 같은 부피 변화가 더 긴 기둥 변화로 나타나 눈금을 읽기 쉽습니다.
온도계는 재는 물체와 열평형이 되어야 바른 값을 보이는데 그동안 물체의 열을 조금 가져갑니다: 시뮬레이터에서 1 g 알갱이(물로 둔 모형)를 60 °C 물 50 g 에 넣으면 59.2 °C 에서 만나고, 10 g 이면 53.3 °C 로 물이 눈에 띄게 식습니다.
그래서 알갱이를 작게 만들수록 재는 물체를 덜 바꿉니다 — 질량 끌개로 알갱이 크기를 바꿔 보세요.
NIST 에 따르면 토스카나 대공 페르디난도 2 세의 온도계는 포도주를 유리관 안에 가두었고, 파렌하이트는 포도주 · 물 대신 수은을 처음 쓴 사람으로 꼽히며 1724 년 자기 눈금을 내놓았습니다.
💡 생활 속 예시
- 목욕물에 넣은 온도계를 바로 읽지 않고 기둥이 멈출 때까지 기다리는 것은 알갱이가 물과 열평형이 되는 데 시간이 들기 때문입니다.
- 작은 약병에 담긴 물을 커다란 온도계로 재면 온도계가 물의 열을 가져가 실제보다 조금 낮게 읽힐 수 있습니다.
어떤 부품이 무엇을 하나
- 알갱이(구) — 액체를 담아 두는 아래쪽 둥근 부분으로, 재는 물체에 닿아 열을 주고받습니다.
- 가는 관(모세관) — 알갱이에서 늘어난 액체가 밀려 올라가는 통로로, 가늘수록 기둥이 크게 움직입니다.
- 액체 (옛날엔 포도주 · 물, 뒤에 수은) — 데우면 늘어나고 식으면 줄어, 기둥 길이로 온도를 보여 줍니다.
- 눈금 — 온도를 아는 곳에 대어 맞춘 금으로, 기둥 끝의 자리를 숫자로 읽게 합니다.
- 알갱이를 재려는 물체에 대고 기다립니다.
- 물체와 알갱이 사이에 열이 오가 둘의 온도가 같아집니다(열평형).
- 알갱이 속 액체가 데워지면 늘어나 가는 관으로 밀려 올라가고, 식으면 줄어 내려옵니다.
- 기둥이 더 움직이지 않을 때 끝이 가리키는 눈금을 읽습니다.
확인된 값
- 갈릴레이(또는 친구 산토리오)가 고친 온도 비교 기구(서모스코프) — 1593 년쯤 (NIST, «likely»)
- 1593 출처
- 토스카나 대공 페르디난도 2 세 — 포도주를 유리관 안에 가둔 온도계 (NIST)
- 유리관 속 포도주 출처
- 온도계에 포도주 · 물 대신 수은을 처음 넣은 사람으로 꼽힌다 — 파렌하이트 (NIST)
- Fahrenheit 출처
- 파렌하이트가 자기 눈금을 내놓은 해 (NIST)
- 1724 출처
- 온도계는 수은 기둥 길이 같은 성질의 변화로 눈금을 맞춘다 (NASA)
- 수은 기둥 길이 출처
- 수은의 삼중점 234.3156 K (≈ −38.83 °C) — ITS-90 기준점, 수은 온도계가 재는 아래쪽 끝 근처 (NIST)
- 234.3156 K 출처
교육과정에서는
- 한국 2022 · 과학(초등) · 열과 우리 생활 [6과07-01]
- 호주 v9 · AC9S3U03
출처
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