“섭섭박사의 실험실에 오신 여러분 환영합니다! 입장하기 전엔 체온을 재야 하니 여기서 손을 씻고 잠시만 기다려 주세요. 그리고 이 병을 잡아주시기 바랍니다.”
체온을 잰다던 섭섭박사님은 체온계 대신 유리병 두 개를 들고 왔어요. 유리병으로 체온계를 만든다고 하는데….
도전 실험
온도계가 없다면? 직접 만들어라!
체온계가 없었던 섭섭박사님은 유리병과 빨대, 고무찰흙을 들고 나타났어요. 5월 19일 발명의 날을 맞아 온도계를 만든다나? 이 재료들로 어떻게 온도를 잰다는 걸까요?
➊ 물감을 푼 물을 유리병에 붓는다.
➋ 고무찰흙으로 빨대를 감싼 뒤 다른 유리병에 꽂고, 이 병을 따뜻한 물에 담근다.
➌ 데운 유리병(➋)을 물감을 푼 유리병(➊)에 거꾸로 꽂는다.
➍ 데운 유리병 위에 차가운 수건을 올려 온도가 내려가면 빨대 속 액체가 어떻게 되는지 관찰한다.
➎ 반대로 유리병을 손으로 감싸 따뜻하게 하면 빨대 속 액체가 어떻게 되는지 관찰한다.
왜 이런 일이?
결과 : 빨대 속 액체의 높이가 온도에 따라 달라진다!
유리병을 뜨거운 물에 담그면 유리병 속 공기가 따뜻해져요. 기체는 온도가 올라가면 입자들의 운동이 활발해지고, 부피가 커져요. 반대로 차가워지면 부피가 줄어들지요. 손으로 유리병을 감싸면 유리병이 따뜻해지고 유리병 속 공기의 부피가 커져 빨대 속 액체를 아래로 밀어내요. 반대로, 유리병의 온도가 식으면 유리병 속 기체의 부피가 줄어 액체가 빨대를 따라 위로 올라가지요.
이 장치는 1592년 경 이탈리아의 물리학자 갈릴레오가 기체의 성질을 이용해 만든 기체 온도계 ‘써모스코프’예요. 그런데 이 온도계는 온도를 정확하게 잴 수 없다는 단점이 있어요. 기체는 주변 압력에 따라서도 부피가 달라지기 때문이에요. 현재는 이런 단점을 극복한 액체 온도계, 적외선 체온계 등이 쓰인답니다.
한걸음
더!
이젠, 스마트폰으로 온도 잰다!
코로나19의 발열 증상을 확인하기 위해 모든 건물의 입구에서 체온을 재요. 체온계 없이도 체온을 잴 수 있으면 얼마나 편할까요?
지난 4월 15일, 한국과학기술연구원(KIST)과 성균관대학교 공동연구팀은 스마트폰 카메라에 적용하면 체온을 확인할 수 있는 ‘열영상센서’를 개발했어요. 열영상센서는 인체나 물체에서 뿜어져 나오는 열을 감지해 영상으로 만드는 장치예요.
여러 기업들은 열영상센서를 스마트폰에 적용하려는 노력을 해왔어요. 그런데 열영상센서를 스마트폰 부품으로 사용하려면 85℃ 이상의 고온에서도 안정적으로 작동해야 해요. 이를 위해서는 열을 식혀주는 장치인 냉각소자가 필요하고요. 하지만 이 냉각소자는 값도 비싸고 85℃ 이상 오르면 제대로 작동하지 않았어요. 또, 전력소모도 컸지요.
연구팀은 이를 극복하기 위해 100℃ 이상에서도 안정적인 상태를 유지하는 반도체 ‘이산화바나듐-B’로 열영상센서를 만들었어요. 연구팀이 만든 장치는 냉각소자 없이도 100℃에서 한 달 이상 안정적으로 작동했어요.
연구를 이끈 KIST 최원준 박사는 “이 장치는 열을 예민하게 감지하고 동작 속도도 빠르다”며 “스마트폰뿐 아니라 자율주행 자동차용 센서로도 활용할 수 있다”고 설명했답니다.
발명인의 전당에서 발명가의 꿈을 키워 보세요!
5월 19일은 발명의 날이에요. 1441년 조선의 과학자 장영실이 측우기를 만든 날을 기념한 날이죠. 발명의 날을 맞아 특허청에서 운영하는 ‘발명인의 전당’에 방문해 보면 어떨까요? 선조들이 만든 발명품을 배우고, 나만의 발명품도 만들 수 있지요.
발명인의 전당 공식 블로그에서는 ‘발명키트 딜리버리 서비스’ 이벤트도 진행한다고 하니, 지금 바로 신청하세요~!
왜 이런 일이?
결과 : 바닥에 있던 잉크가 위로 올라간다!
액체나 기체를 가열하면 부피가 커지며 밀도가 낮아져요. 이번 실험에서는 수조 바닥에 떨어뜨린 잉크 주변의 액체를 데우기 위해, 잉크 바로 아래에 뜨거운 물컵을 뒀어요. 그러자 잉크 주변의 액체는 뜨거운 물의 열기를 전달받아 주변보다 온도가 높아졌지요.
그 결과, 온도가 높아져 가벼워진 잉크 주변의 액체가 위로 올라갔어요. 그리고 위로 올라가 식으면 다시 무거워져 아래로 내려왔고요. 이 과정이 반복되면 수조 속 물의 움직임에 따라 열이 고루 전달돼요. 이렇게 액체나 기체가 가열돼 팽창하면 밀도가 낮아져 위로 올라가고, 차가울 땐 아래로 내려오며 전체적으로 열을 전달하는 현상을 ‘대류’라고 한답니다.
