물은 온도 변화에 따라 세 가지 상태로 변신해. 첫 번째는 고체인 얼음, 두 번째는 액체인 물, 세 번째는 기체인 수증기야.
고체인 얼음은 물이 응고돼서 만들어져. 물이 응고되기 위해서는 온도가 0℃ 이하가 돼야 하지. 보통 물질들은 액체에서 고체가 될 때 부피가 줄어들지만 신기하게도 물은 얼음이 되면서 부피가 더 커져. 왜 그런 걸까? 물은 액체 상태에서 분자들이 자유롭게 돌아다니지만, 얼음이 되면 분자들이 육각형 모양으로 모여 있게 돼. 이때 분자 사이사이에 공간이 생겨서 부피가 커지는 거야.
수증기는 물이 100℃ 이상의 온도에서 끓거나 증발해서 생긴 기체를 말해. 수증기는 얼음보다 부피가 훨씬 커. 물의 부피를 1이라고 하면 얼음은 1.1 정도, 수증기는 1700 이상이라니 정말 엄청나지? 이렇게 수증기의 부피가 큰 이유는 물보다 분자들이 더 자유롭게 흩어져서 움직이기 때문이야. 하늘 위에 떠 있는 구름이 바로 수증기가 뭉쳐져서 생긴 거란다.
지금으로부터 약 200년 전, 영국에서 엄청난 기계가 세상에 공개됐어. 이 기계는 당시 인류 역사상 가장 빠른 속도인 시속 24km 이상으로 달릴 수 있었지. 바로 공중으로 뜨거운 연기를 뿜으며 철로 위를 달리는 증기기관차야.
증기기관차에서 우리 몸으로 치자면 심장 역할을 하는 곳이 바로 증기기관이야. 증기기관은 뜨거운 ‘열에너지’를 움직이는 힘인 ‘동력’으로 바꾸는 장치란다. 석탄에 불을 지펴 그 열로 물을 끓이면 많은 수증기가 생기겠지? 이 수증기를 피스톤이 들어 있는 실린더로 보내는 거야. 피스톤은 수증기가 밀려들어오는 힘으로 위아래 왕복운동을 하는 데, 이런 피스톤과 연결된 바퀴가 회전하는 거지.
증기선도 증기기관차와 비슷한 시기에 만들어졌어. 최초의 상업용 증기선인 ‘클러몬트 호’에는 열에너지를 동력으로 바꾸는 증기기관에 물레방아처럼 생긴 장치가 달려 있었지. 증기기관이 물레방아를 돌리면 물레방아가 물을 뒤로 밀어내서 증기선이 앞으로 나아가게 하는 거야. 클러몬트 호는 시속 7.5km의 속도를 자랑했어. 당시 바람의 힘으로 나아가는 배인 범선보다 3배 이상 빠른 속도였다니 정말 대단하지?
당시 놀라운 기술이었던 증기기관은 이후에 디젤기관이 개발되면서 지금은 거의 쓰이지 않게 됐단다.
참여독자 : 이진광(서울 서일초 3)
