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추운 겨울 성냥팔이 소녀를 위한 집을 지어 주는 데도 과학적 원리가 필요하다는 것을 이제 잘 알겠지요? 온도가 서로 다른 두 물체가 만나면 열은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는데 이 때 열이 이동하는 방법에는 세 가지가 있어요. 바로 대류와 전도, 복사가 그 주인공이에요. 오늘은 열을 전달하는 삼형제에 대해 자세히 알아보기로 해요.
 

삼형제 중 첫째인 대류는 액체나 기체가 위아래로 뒤바뀌면서 열을 이동 시키는 방법입니다. 예를 들어 공기가 가열되어 온도가 높아지면 그 부분이 팽창하여 밀도가 작아지게 됩니다. 따라서 더워진 공기는 가벼워져서 위로 올라가지요. 대신 위에 있던 온도가 낮고 밀도가 큰 공기가 아래로 내려오는데 이러한 과정을 되풀이하면서 열이 전달돼요. 즉, 대류에 의해서 액체나 기체는 골고루 따뜻해질 수 있습니다. 냉장고의 냉동실이나 에어컨이 위쪽에 있고, 난방 기구를 낮은 곳에 두는 것은 바로 이 대류 효과를 이용한 예랍니다.


열을 전달하는 삼형제, 둘째 전도
모든 물질은 분자로 이루어져 있어요. 온도가 높아지면 고체 분자는 활발하게 움직이며 튀어나가 액체가 됩니다. 액체 분자의 움직임이 더 활발해지면 기체가 되는데 이 때 기체는 매우 빠르고 가벼워집니다. 기체 분자는 혼자 자유롭게 돌아다닐 수 있어요. 즉, 온도가 올라갈수록 분자의 움직임이 활발해져서 분자 사이의 간격이 멀어지고 가벼워집니다.
전도는 바로 운동하는 분자가 가진 에너지가 이웃하는 분자들과 충돌하며 전달되는 현상을 말합니다. 주로 고체에서 열이 전달되는 방법으로 액체나 기체에서는 전도에 의해 열이 전달되는 경우가 많지 않답니다. 쇠젓가락의한쪽끝을 불에 대고있거나 다리미가 금세 뜨거워지는 현상은 바로 전도에 의해 열이 전달되었기 때문입니다.


열을 전달하는 삼형제, 셋째 복사
태양과 지구 사이에는 열을 전달해 줄 물질이 거의 없는 진공 상태랍니다. 태양의 열은 전자기파의 형태로 지구까지 직접 전달되는데 이러한 현상을 복사라고 하지요. 온도에 상관없이 모든 물체는 복사열을 내놓습니다. 그리고 온도가 높을수록 더 많은 열을 내놓아요. 추운 겨울날 사람이 많이 모여 있으면 따뜻한 이유가 바로 사람의 몸에서 나온 복사열 때문입니다. 또 더운 여름에는 조금만 친구들과 붙어 있으면 더워서 견딜수없는 것도 바로 복사열 때문이지요.
색의 성질을 알면 복사열을 더 과학적으로 이용할 수 있어요. 검정색은 복사열을 가장 잘 흡수하고 동시에 가장잘내놓습니다. 또흰색은 복사열을잘 흡수하지도 못하고 잘 내놓지도 않아요. 그래서 더운 지방의 건물은 흰 색으로 칠하고, 물을 끓이는 냄비나 주전자의 바닥은 검정색이 좋답니다.


대류, 전도, 복사를 모두 담은 보온병
내부의 열이 밖으로 빠져나가지 못하도록 최대한 막아라!
그러기 위해서 보온병은 열의 전도와 대류, 복사를 효율적으로 차단해야 한다.
▶우선 외부의 플라스틱 안쪽에 있는 이중의 유리병이 열전도를 낮춘다. 앞에서 배웠듯이 유리는 열전도율이 매우 낮다.
▶두 유리병 사이는 진공 상태로 전도나 대류에 의한 열 손실을 막아 준다.
▶진공 상태라고 안심하면 큰일, 바로 복사에 의해 새어나가는 열이 있기 때문이다. 복사를 막기 위해 보온병 내부 벽을 은으로 도금하는데, 은이 반사시킨 열은 보온병 내부로 되돌아간다.
▶보온병의 입구를 막은 마개는 유리와 마찬가지로 열전도율이 낮은 고무로 만든다. 이는 외부 공기의 대류에 의한 열손실도 줄여 준다.