샤를의 법칙 - 중1 - 2학기

English

샤를의 법칙, 또는 샤를과 게이뤼삭의 법칙의 사전적 의미는 '압력이 일정할 때, 기체의 부피는 그 종류에 관계없이 온도가 1℃ 올라갈 때마다 0℃ 때 부피의 1/273씩 증가한다.'이다. 쉽게 생각하자면, 온도가 올라가면 분자 운동이 활발해지기 때문에 부피가 커지는 것이다. 그런데 그것을 그것을 정확한 수치로 나타내어 1/273씩 증가한다고 하는 것이다. 이런 샤를의 법칙을 이용하면 찌그러진 물건도 원상복귀 될 수 있다. 예를 들어보자.

이렇게 찌그러진 탁구공도 샤를의 법칙을 이용하여 원래대로 돌려보낼 수 있다.

<샤를의 법칙을 이용한 또 다른 예>

더운 여름철에 왜 과자 봉지가 부풀어 오를까? 그 이유를 알아보자.

과자 봉지 속에는 '질소'라는 기체가 들어있다. 그런데, 왜 과자 봉지에 왜 '산소'가 아닌 '질소'가 들어있을까? 철이 녹이 슬고, 포도주가 시큼해지는 현상을 본 적이 있을 것이다. 이를 '산화반응'이라고 한다. 이처럼 산화반을 하면 물질의 성질이 변하게 된다. 이때, 과자는 보통 기름에 튀긴 음식이기 때문에 쉽게 상하지만, 질소가 기름과의 화학 반응이 일어나지 않게 도와 과자를 보호한다. 아무튼, 샤를의 법칙의 정의를 보면 '그 종류에 관계 없이'라고 적혀있는 것을 볼 수 있다. 그러므로 기체인 질소가 든 과자 봉지도 더운 여름철이기에 기온이 상승하여 과자 봉지의 부피가 늘어나 봉지가 부풀어 오르게 된다. 

그 외에도 고무 풍선을 뜨거운 물에 넣으면 크기가 커지거나 열기구 속 공기를 가열하면 위로 떠오르는 등 일상에서도 샤를의 법칙을 많이 살펴볼 수 있다.

<다함께 실험해요>

샤를의 법칙을 이해하기 좋은 실험 중 하나가 바로 '오줌싸개 인형 실험'이다.

실험 준비물

오줌싸개 인형, 찬물, 뜨거운 물, 물을 받을 수 있는 통.
이 때 찬물과 뜨거운 물은 온도 차이가 심할수록 좋다.

일단, 오줌싸개 인형 속 공기를 빼기 위해 뜨거운 물에 담근다. 다음, 오줌싸개 인형을 찬물에 바로 담근다. 그리고 통에 인형을 둔 후 뜨거운 물을 머리 위에 부으면 인형이 오줌을 싼다.

이 실험을 통해 알게 되는 과학 상식에 대해 이야기 해 보자. 일단 인형을 뜨거운 물 속에 넣으면 온도가 올라가 기체는 큰 에너지를 가지고 활발하게 움직여 부피가 팽창할 것이다. 그 다음, 찬물에 담그면 온도가 내려가 내부 압력이 낮아져 인형 속으로 물이 들어오게 된다. 다음, 다시 머리 위에 물을 부으면 압력이 높아져 안쪽의 물이 밖으로 나오면서 인형이 오줌을 싸게 된다.

⇒ 온도가 낮으면 기체의 부피는 감소하고, 온도가 높아지면 기체의 부피는 증가한다.