햇볕에 모래와 물 데우기 실험

Warming sand and water in sunlight

같은 햇볕 아래 둔 모래 한 컵과 물 한 컵, 어느 쪽이 먼저 뜨끈해질까요?

무슨 일이 일어났나

NOAA 에 따르면 해는 땅과 바다를 같은 빠르기로 데웁니다 — 차이는 받은 열로 온도가 얼마나 오르느냐에서 생깁니다.

모래의 주성분 석영은 1 kg 을 1 °C 올리는 데 약 742 J(NIST WebBook 값으로 셈), 물은 4,184 J(USGS)이 들어, 같은 열을 받으면 모래가 5.6 배쯤 더 오릅니다.

시뮬레이터에서 0.2 kg 씩에 20 W 로 열을 넣으면 250 초 뒤(5 kJ) 모래는 58.8 °C, 물은 31.0 °C 입니다 — 열을 잃지 않는다고 둔 모형이라 실제 컵은 이보다 덜 오릅니다.

NOAA 는 햇빛의 열이 땅 겉 몇 인치(수 cm)에 머물고, 낮과 밤의 온도 차가 땅 위에서 물 위보다 훨씬 크다고 설명합니다 — 그늘로 옮겨 보면 모래가 먼저 식는 것도 볼 수 있습니다.

💡 생활 속 예시

  • 한여름 해수욕장에서 맨발로 걷기 힘들 만큼 모래는 뜨거운데 바로 옆 바닷물은 미지근합니다.
  • 햇볕 드는 베란다에 둔 화분도 마른 흙 겉은 금세 뜨거워지지만, 물을 듬뿍 준 화분은 천천히 데워집니다.

🧪 해 보기

  1. 같은 크기의 플라스틱 컵 두 개에 마른 모래와 수돗물을 같은 무게(부엌 저울로 200 g 씩)만큼 담고, 그늘에 30 분 두어 처음 온도를 맞춥니다.
  2. 온도계로 두 컵의 처음 온도를 재어 적습니다 — 숫자가 멈출 때까지 기다립니다.
  3. 두 컵을 햇볕이 잘 드는 같은 자리에 나란히 두고, 30 분 동안 10 분마다 온도를 잽니다(모래는 겉에서 1 cm 쯤 깊이에 온도계 끝을 꽂습니다).
  4. 두 컵을 다시 그늘로 옮겨 10 분마다 재며, 어느 쪽이 먼저 식는지도 적어 시뮬레이터 곡선과 견줍니다.
  • ⚠️ 해를 직접 쳐다보지 않고, 컵만 햇볕에 두고 사람은 그늘에서 기다립니다.
  • ⚠️ 깨지는 유리 온도계보다 디지털 온도계를 쓰고, 어린이는 어른과 함께 합니다.
  • ⚠️ 실험에 쓴 모래가 눈 · 입에 들어가지 않게 하고, 끝나면 손을 씻습니다.

누가 왜 찾았나

바닷가에서 낮과 밤에 바람 방향이 바뀌는 까닭을 설명할 때 NOAA 는 이 실험과 같은 생각을 씁니다: 해는 땅과 바다를 같은 빠르기로 데우지만, 땅은 빨리 뜨거워지고 빨리 식으며 물은 천천히 데워지고 천천히 식습니다. 물이 열을 많이 담는다는 것을 USGS 는 «물 1 kg 을 1 °C 올리는 데 4,184 J» 이라는 숫자로 보여 줍니다.

확인된 값

해는 땅과 바다를 같은 빠르기로 데운다 — 차이는 받은 뒤에 생긴다 (NOAA)
같은 빠르기 출처
낮과 밤의 온도 차는 땅 위가 물 위보다 훨씬 크다 (NOAA)
땅 > 물 출처
햇빛의 열은 땅속 깊이 못 들어가고 겉 몇 인치(수 cm)에 머문다 (NOAA)
겉 몇 인치 출처
물 1 kg 을 1 °C 올리는 열 4,184 J (1 kcal) (USGS)
4184 J/(kg·K) 출처
모래의 주성분 석영(SiO₂) 비열 298 K — NIST WebBook 쇼메이트 식 ÷ 몰 질량 60.0843 g/mol 로 셈
742 J/(kg·K) 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 과학(중학교) · 열 [9과03-03]
  • 일본 · 小学校 第3学年 B (2) 太陽と地面の様子

출처

이어서 보기

같은 단원 · 온도와 열

DATA & LICENSE

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① 시뮬레이터·그림: 직접 만듦

움직이는 실험과 그림은 이 사이트가 직접 만들었습니다. 다른 곳의 시뮬레이터나 그림을 가져오지 않습니다. 사진은 NASA·NOAA·USGS(퍼블릭 도메인)와 공공누리 제1유형 자료만, 출처와 함께 씁니다.

② 사실·숫자: 공식 기관·교재

연도·숫자·이름은 NIST·NASA·NOAA·USGS·기상청·PDG·노벨재단 같은 공식 기관과 공개 교재에서 직접 확인한 것만 우리 말로 옮기고, 쪽마다 출처 주소를 적습니다. 위키백과·나무위키·블로그는 출처로 쓰지 않습니다.

③ 교육과정

2022 개정 과학과 교육과정과 영국·호주·일본 교육과정에서 그 내용이 어디에 나오는지 함께 적습니다.

④ 실시간 자료

지진·이산화 탄소·오로라 같은 실시간 판은 기관이 낸 자료를 받은 시각과 함께 그대로 보여 주고, 우리가 예보하지 않습니다.

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