몸에 열이 날 때, 혹은 오늘 날씨가 얼마나 될지 궁금할 때 우리는 ‘온도계’를 사용합니다. 투명한 유리관 속 빨간색 또는 은색 액체가 오르내리며 온도를 정확히 알려주는 모습은 어릴 적부터 우리에게 익숙한 풍경인데요. 과연 이 액체는 어떻게 온도를 측정하는 걸까요? 그 비밀은 바로 ‘열팽창’이라는 과학 원리 덕분입니다!
열팽창이란 무엇일까요?
모든 물질은 열을 받으면 그 에너지가 분자들에게 전달되어 분자들이 활발하게 움직이기 시작합니다. 이 분자들은 활발해지면서 서로 멀어지려는 성질이 있습니다. 그래서 액체나 고체, 기체 할 것 없이 모든 물질은 열을 받으면 부피가 팽창(늘어남)하고, 열을 잃으면 수축(줄어듦)합니다. 이것이 바로 열팽창 현상입니다.
온도계는 열팽창을 어떻게 활용할까요?
온도계 속에 들어있는 알코올(빨간색으로 염색된)이나 수은(은색) 같은 액체는 다른 물질보다 열을 받으면 훨씬 더 잘 팽창하는 특성을 가지고 있습니다. 이 특성을 이용해 온도를 측정하는 것이죠.
- 열 흡수 및 팽창: 주변의 온도가 올라가면 온도계 속 액체가 열을 흡수하여 부피가 커집니다.
- 수은/알코올 기둥 상승: 액체가 팽창하면서 좁고 긴 유리관을 따라 위로 쭉 올라갑니다.
- 열 방출 및 수축: 반대로 주변 온도가 내려가면 액체가 열을 방출하고, 분자들의 움직임이 둔해지면서 다시 부피가 줄어들어 액체 기둥이 아래로 내려옵니다.
- 눈금으로 표시: 이 액체 기둥의 부피 변화를 눈금으로 표시한 것이 바로 온도계입니다. 각 눈금은 특정 온도에 해당하며, 액체 기둥이 멈춘 곳의 눈금을 읽으면 현재 온도를 알 수 있습니다.
이처럼 단순해 보이는 온도계 하나에도 모든 물질의 기본 성질인 열팽창이라는 중요한 물리 법칙이 숨어 있습니다. 수은이나 알코올 외에도 다양한 물질의 열팽창 특성을 이용한 온도계(예: 바이메탈 온도계, 가스 온도계 등)가 존재하며, 이는 산업 현장부터 의료 분야까지 폭넓게 활용됩니다.
매일 사용하는 온도계 속에 숨겨진 과학적 원리를 알게 되면, 주변의 모든 사물이 새롭게 느껴질 것입니다. 열팽창은 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 흥미로운 과학 현상 중 하나입니다.
