비열이 온도에 따라 변한다?!

과학 시간에 비열에 관해서 공부를 하는데

시험범위여서 꼼꼼히 보다 보니

조금 이상한 점이 있었습니다.

그건 아래 사진 참고...

출처: 우리 교과서(천재교육 중학교 과학 2)

비열은....물질의 특성이고 변하지 않는데

왜!

물은 15℃, 철, 구리, 알루미늄, 은, 납은 25℃인 것인가???

그래서 선생님에게 물어보았더니

내가 말해줘서 그제야 그 온도를 보았다는 대답이...ㅠ.ㅜ

제가 할 수 있는 것은 집에서 인터넷을 찾는 것이었습니다.

그러자 놀라운 사실을 알게 되었습니다.

바로 "비열은 종류가 2가지가 있으며, 그 2가지 모두 가변형이다."라는 겁니다.

(너무 어려운 말로 정리했나??)

비열의 2종류란 정적비열과 정압비열입니다.

정적비열이란, 일정한 부피 상태로 측정한 비열입니다.

그러니까, 물 1L의 정적비열을 잰다고 합시다.

그러면 그 물 1L는 비열을 잴 때 팽창이나 수축을 하면 안 됩니다.

그렇게 부피가 변하면 비열이 변합니다.

정압비열이란, 일정한 압력 하에서 측정한 비열입니다.

즉, 물 1L의 정압비열을 재고 싶으면

1기압이라는(또는 0.5, 2, ....기압이라는) 특정한 압력이 계속 작용해야 합니다.

피스톤에 물 넣고 바늘대롱(?)을 막은 후에 꾹 누르고 있는 상태에서 재면 비열이 달라지죠.

이 정적비열과 정압비열을 비교해보면 정압비열이 더 큽니다.

왜냐하면 정적비열을 잴 때 가해주는 열은 모두 온도를 높이는데 쓰이지만

정압비열을 잴 때는 열의 일부가 압력에 대한 일을 하는데 쓰이기 때문입니다.

그러니까....예를 들어, 산소의 정적비열과 정압비열을 잰다고 합시다.

기준치는 1L와 1기압입니다.

산소의 정적비열은 1L들이의 튼튼한 병 안에 산소를 넣고 열을 가해주고

산소의 정압비열은 외부가 1기압인 피스톤 안에 산소를 넣고 열을 가해줘서 잽니다.

그런데 기체는 온도에 따라 부피가 무지무지 잘 변합니다.

그러면 튼튼한 병에 들은 것은 상관이 없는데(어쩔 수 없이 내부압력이 커지지만)

피스톤 안에 들은 것은 외부와 내부의 기압이 같아져야 하니까

피스톤을 들어올리는 일을 하게 됩니다.

그래서 열이 피스톤을 들어올리는, 즉 압력에 대한 일을 하는데 쓰여서

정압비열이 더 클 수 밖에 없습니다.

액체와 고체의 경우, 열팽창 정도가 작기 때문에 보통 정압, 정적 비열을 구별하지 않지만

기체는 열팽창 정도가 커서 구별을 해야 합니다.

그러면 우리가 부르는 일반적인 비열(물은 1kcal/kg*℃, 철은 0.11kcal/kg*℃)은 뭘까요?

그것들은 정압비열을 쓰도록 되어있습니다.

뭐, 그래도 중학교 2학년 시험문제에 정적비열, 정압비열이 나오지는 않습니다.

그래서 그냥 상식으로, 또는 열역학을 배우실 분들은 자세하게 알아두세요!

p.s. 중학교에 나오지도 않는 내용이지만 정확한 내용을 고려하여 교과서를 만드신 분들,

참 꼼꼼하다는 점에서 박수를 드리고 싶네요.

잘했어요~짝짝짝~

아, 또 비열의 단위가 kcal/kg*℃라고 kcal÷kg×℃를 순서대로 하시는 분들이 있습니다.

그런데 이 *가 키보드에서 못 찾아서 별표를 쓴 것이지

사실 가운데 점으로 나누기가 앞에 있어도 얘를 먼저 계산하는 그런 기호입니다.

(이름이 도트였나...까먹었어요...)

수학시간에 나오는지는 모르겠지만

12÷4(3) 뭐 이 식을 계산하면 1인지 9인지 모르겠다 그러는데

위의 식은 답은 4(3)을 먼저 계산해서 1입니다.

이게 비열에서 kcal÷(kg×℃)를 하는 이유와 같습니다.

인터넷에 비슷한 유형의 문제들이 많이 떴던 것 같은데...

하여간, 비열의 단위를 엉뚱하게 알아듣고 시험을 망치는 경우가 없길 바랍니다.

즐거운 하루 되세요~