How to tell temperature by using molecular motion - Middle School 1st grade - 2nd semester

한글

Do you know what 'molecules' are? In the dictionary, it is 'the smallest particle that an object can have.' Well, this thing called 'molecule' also exercises, and we can know what the temperature is, by using how much the molecule's exercising is lively.

First, molecular motion is divided into three groups - molecular motion when the condition is different, molecular motion when the temperature is different, and molecular motion when the condition and temperature are all different. Now, let me tell you about molecular motion when the condition is different. Let's look at a chart to understand it easily.

From this, we can understand that when the condition is different, the activity of molecular motion is

Solid matter < Liquid < Gas

Now, let's look at why this is in this order. Oh, and remember that all molecules exercise.

Many molecules are listed in a perfect line and they all want to move. When they try to move, there are all these other molecules blocking the way.

⇒ vibratory motion

On the other hand, in this part, the molecules are bit separated. So they move, but they are still close.

⇒ bit lively motion

Lastly on this part, all the molecules are very far and there are enough space to move very fast.

⇒ lively motion

and let's present this in picture.

Next is molecular motion when the temperature is different. Let's look at the drawing.

The girl in the first picture is looking very happy, in a warm place. Meanwhile, the girl in the second picture is curing up, because the weather is so cold. Molecules are the same as this. They act more wildly when the temperature is higher. And this is related to Charles's law. For example, I will say there is a crushed ping-pong ball. Inside the ball, there are molecules. Well when we put the crushed ball in the boiling water. it gets to it's original state, because molecules acted wildly.

Lastly, we will learn about molecular motion when the condition and temperature are all different. When we put higher temperature to solid matter, liquid, and gas, solid matter does more lively vibratory motion, and liquid and gas does more lively motion.

분자의 운동으로 온도 알아보기 - 중1 - 2학기

English

'분자'가 무엇인지 아는가? 사전적 의미는 '물질의 성질을 가지는 가장 작은 입자'. 이 분자 역시 운동을 하는데, 이 분자가 얼마나 열심히 운동을 하는 가에 따라 물체의 온도가 어느 정도인지 알 수 있다.

일단, 분자 운동은 3가지로 나뉠 수 있다. 상태에 따른 분자 운동과 온도에 따른 분자 운동, 그리고 물질의 상태별 온도에 따른 분자 운동. 일단, 상태에 따른 분자 운동을 살펴 보기 위해 표를 보자.

이렇게 우리는 알 수 있다. 상태에 따라 분자의 운동은

고체 < 액체 < 기체

라는 사실을 이게 왜 그런지 알아볼까?
일단, 기본적으로 모든 분자는 운동을 한다는 사실을 알아두고 보자.

분자 여러개사 완벽하게 규칙적으로 나열되어 있다. 그리고 그 분자들 모두 움직이고 싶어한다. 하지만 주위에는 다른 분자들이 너무 많다. 지나가려고 해도 다른 분자들이 막고 있어 갈 수 없다.

⇒ 진동 운동

다음칸에는 분자들의 간격이 처음보다는 떨어져 있다. 그래서 좀 움직이기는 하지만 그래도 꽤 분자 사이의 간격이 가깝다.

⇒ 비교적 활잘한 운동

마지막 칸에는 분자가 거의 없어 보인다. 모두 사이의 거리가 엄청나다. 움직이기에도 너무 편하다.

⇒ 매우 활발한 운동

그리고 이를 그림으로 나타내면,

다음은 온도에 따른 분자 운동이다. 다음 그림을 보자.

첫번째 사진의 소녀는 따뜻한 곳에서 신나게 놀고 있지만 두번째 사진의 소녀는 추위에 떨고 있다. 분자도 마찬가지이다. 따뜻한, 즉 높은 온도일수록 분자 운동이 더 활발해진다. 그리고 이것은 '압력이 일정할 때, 기체의 부피는 그 종류에 관계없이 온도가 1℃올라갈 때마다 0℃ 때의 부피의 1/273씩 증가한다.'고 하는 샤를의 법칙 이론과 연관되어 있다.

찌그러진 탁구공을 예로 들자면, 그 탁구공을 끓고 있는 뜨거운 물에 넣으면 분자 운동이 활발해져서 탁구공이 원래상태로 돌아가는 것이다.

마지막은 물질의 상태별 온도에 따른 분자운동이다. 고체, 액체, 기체에 열을 가하면 고체는 진동 운동이, 액체와 기체는 분자 운동이 더 활발해진다.

Charles's law - Middle School 1st grade - 2nd semester

한글

Charles's law, otherwise known as Charles and Gay-Lussac's law. It's meaning in dictionary means the gas volume gets 1/273 bigger as temperature gets 1℃ higher. Easily, as temperature rise, molecular motion gets active, so volume gets bigger. But, we say 1/273 in accurate number. Using Charles's law, we can put a crushed ping-pong ball back into its original state. Let's look at an example.

<other examples using Charles's law>
Why does a snack pack inflate in hot summer? Let's investigate about the reasons why.

In a snack pack, there is gas called 'Nitrogen'. Before that, why is this 'Nitrogen' inside the pack, instead of oxygen?

You might have seen iron go rusty, or wine get all sour. This situation is called "oxidation response". Like this, if oxidation response happens, the material's properties change. Snacks are mostly food deep-fried so it go bad easily, but nitrogen help reduce chemical reaction and help save snacks. Anyway, when you look at the meaning of Charles's law, you can see that it says 'regardless of kind'. Therefore, the snack pack filled with nitrogen inflates because it's summer and temperature rise. Outside of that, if you put a rubber balloon in hot water, it gets bigger and when you heat air in a hot-air balloon, it floats. These are all connected to Charles's law.

<Let's do a experiment together!>
A good experiment to understand Charles's law is peeing doll experiment.

<Supplies>
a peeing doll, cold & hot water, a tank to get water.
*It's better if the cold and hot water's temperature's gap is large.

First, put the doll in hot water to get rid of air inside the doll. Then, put the doll inside the cold water. Lastly, put the doll in the tank and pour hot water over its head.

Let's talk about the scientific knowledge we can learn through this experiment. First, if you put the doll in hot water, temperature will rise and gas volume will get bigger. Next, when you put the doll  in the cold water, the doll's inside pressure gets weak, so water can get in the doll. Lastly, when you pour hot water back on the doll, the inside pressure gets higher, and water comes out from the doll.

→ When the temperature is low, gas volume decrease, and when the temperature rise, gas volume increases.

Temperature - Middle School 1st grade - 2nd semester

한글

There is a glass of water. A girl says it's hot, but her friend says it's warm. Why does it feel different, even though it's a same glass of water? And how should we show how it feels? 'Temperature' is made because of that, and I will tell more about it.

Temperature, in the dictionary means 'numerical measure of hot and cold.' Could a person just grab something and say 'Hmm, this thing is 30 degrees Celsius'? Of course not. We can't tell the temperature by our own.

Then let's talk about what kind of temperature are there in the world.

The main temperature in the world are Celsius, Fahrenheit, and Kelvin. Commonly, in many countries, the temperature when water becomes frozen, the temperature is zero, and when it boils, the temperature is one hundred. Like this, dividing into 100 parts, putting the freezing point of water, and the boiling point of water in standard.

Also, there is another measure, used a lot in countries like America. It's called 'Fahrenheit'. Water freeze when temperature is 32℉ and boils when it is 212℉ We divide Fahrenheit into 180 parts.

Lastly, the temperature is Kelvin. If you want to learn about Kelvin, you will have to know about 'Absolute zero'. So, what is this 'Absolute zero'?

Absolute zero is the lowest temperature in thermodynamic, and is 273 below zero in Celsius. Absolute zero was asserted by a scientist called 'Kelvin', and it got hints from 'Charles's rules'. Charles's rule says the gas's volume get 1/273 bigger as the temperature gets 1℃ higher. If the volume gets 1/273 lower every time the temperature goes 1℃ lower, if the temperature is 273 Celsius below zero, the volume will be zero. In other worlds, the volume decreased as much as it can and cannot decrease more. So that means there can be no lower temperature than 273 Celsius below zero. This is 'Absolute zero'. Meanwhile, 'Kelvin' is a unit of measure, putting basics in absolute zero. And when we compare Celsius and Kelvin, just and 273 to Celsius. I will show you the example.

Also, remember that since volume increase 1/273 per 1℃, if the temperature is 273℃, the volume gets twice as big as the original one.

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.

온도 - 중1 - 2학기

English

물이 한 잔이 있다. 어떤 사람은 이 물이 뜨겁다고 하는 반면, 다른 사람은 이 물이 따뜻하다고 한다. 같은 물인데 왜 다르게 느껴질까? 그리고 이 것의 따뜻하거나 차가움의 정도는 어떻게 나타내야 할까? 그렇게 만들어진 것이 오늘 공부할 '온도'이다.

온도의 사전적 의미는 '물체의 차고 뜨거운 정도를 숫자를 이용하여 나타낸 물리량'이다. 사람이 물체를 만지고 "이 물체의 현재 온도는 30℃야" 라고 할 수 있을까? 사람의 감각만으로는 물체의 온도를 정확하게 측정할 수 없다. 그럼 온도의 종류에 대해 알아보자.

일단, 온도에는 '섭씨온도', '화씨온도' 그리고 '절대온도'가 있다. 흔히 사람의 정상 체온은 36.5도이며, 물의 끓는 점은 100℃, 어는 점은 0℃이다. 이렇게 물의 어는점과 끓는점을 기준으로 그 사이를 100등분하여 나타내는 온도를 섭시온도라고 한다.

* 섭씨 온도 (℃) - 도씨, Celsius

또 다른 온도 중에서 물이 어는 온도는 32도, 끓는 온도가 212도인 온도 단위가 있다. 이 단위는 미국에서 주로 쓰이는 Fahrenheit, 화씨 온도이다. 섭씨온도는 어는점과 끓는점을 100등분 한 반면, 화씨온도는 어는점과 끓는점을 180등분하여 나타낸다.

마지막 온도의 종류는 Absolute temperature, 절대온도이다. 절대온도를 알기 위해서는 '절대영도'에 대해 알고 있어야 한다. 절대영도란, 열역학적으로 생각할 수 있는 최저온도로, 섭씨온도로 나타내면 영하 273도이다. 절대영도는 과학자 '켈빈'이 주장한 내용으로, 압력이 일정할 때, 기체의 부피는 온도가 1℃올라갈 때마다 0℃때 보다 1/273씩 증가한다고 하는 샤를의 법칙에서 힌트를 얻어 발표했다. 온도가 1℃씩 낮아질 때 부피가 1/273씩 줄어든다면, 온도가 영하 273℃이면 부피가 0이 된다. 즉 부피가 줄어들 수 있는 만큼 다 줄어들어서 더 이상 부피가 줄지 않게 된다면 영하 273℃보다 낮은 온도는 있을 수 없게 된다는 것이다. 이것이 바로 '절대 영도'이다. 한편, '절대온도'는 이 절대 영도에 기초를 둔 온도의 측정단위로, 분자의 운동 상태를 기준으로 정한 값이다. 나타낼때는 섭씨 온도에 273을 더한 값이다. 예를 들어보자.

* 절대온도(K) = 섭씨온도(℃) + 273

이 때 이론상으로는 온도가 1℃씩 올라갈 때 1/273씩 증가하므로 온도가 영상 273도이면 원래부피의 2배가 된다는 사실도 알아두자.