• 온도와 분자 운동

Ⅴ. 열과 우리 생활

반┃  이름┃

서술형 문제

1  그림은 종류와 상태는 같지만 온도가 다른 세 물체 ㈎~㈐를 이루는 분자 운동 상태를 나타낸 것이다.

㈎              ㈏               ㈐

㈎~㈐의 온도를 비교하고, 그렇게 생각한 이유를 설명하시오.

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• 온도와 열의 이동

2  표는 온도가 다른 두 물체 [eqn: RMA]와 [eqn: RMB]를 접촉시킨 후 두 물체의 온도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.

㉠과 ㉡에 해당하는 값을 쓰고, 그렇게 생각한 이유를 설명하시오. (단, 외부와의 열 출입은 없었다.)

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• 열평형

3  그림과 같이 온도가 다른 두 고체 물체 [eqn: RMA], [eqn: RMB]를 접촉시켰더니 잠시 후 두 물체의 온도가 같아졌다.

두 물체의 온도가 같아지는 과정에서의 열의 이동에 대해 설명하시오. (단, 외부와의 열 출입은 없었다.)

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• 열평형

4  [eqn: 10``` ℃], [eqn: RM200``` g]의 물이 든 수조에 [eqn: 70``` ℃], [eqn: RM400``` g]의 물이 든 플라스크를 완전히 잠기도록 넣었더니, [eqn: 6] 분 후 열평형 상태에 도달하였다. 수조와 비커 안 물의 온도 변화를 그래프에 직접 그리시오.

• 열의 이동 방법

5  그림과 같이 구리 막대 위에 성냥개비 ㈎~㈑를 촛농을 이용하여 붙여 세우고 알코올램프로 ㈎의 왼쪽 부분을 가열하였다.

⑴ 성냥개비가 떨어지는 순서를 쓰시오.

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⑵ 위와 같은 원리로 열이 전달되는 현상의 예를 한가지만 쓰시오.

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• 비열

6  표는 여러 물질의 비열을 나타낸 것이다.

이 물질 중 찜질팩 속에 넣어서 사용하면 좋은 물질을 고르고, 그 이유를 설명하시오.

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• 비열과 열용량

7  그림과 같이 세 개의 비커에 온도가 [eqn: 80``` ℃]로 같은 식용유 [eqn: RM100``` g], 식용유 [eqn: RM200``` g], 물 [eqn: RM200``` g]이 들어 있다.

㈎                ㈏                ㈐

㈎~㈐ 중 가장 천천히 식는 것을 고르고, 그 이유를 설명하시오.(단, 비커의 열용량은 무시한다.)

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• 비열과 열용량

8  일반적으로 수증기로 가득 찬 사우나실의 온도는 온탕에 비해 매우 높지만 사람들이 쉽게 화상을 입지 않는다. 그 이유를 설명하시오.

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• 질량이 같은 두 물체의 비열 비교

9  오른쪽 그림은 질량이 각각 [eqn: RM100``` g]인 물과 식용유를 같은 세기의 불꽃으로 가열하면서 시간에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프이다.

⑴ A와 B 중 물의 온도 변화를 나타낸 그래프는 어느 것인지 쓰시오.

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⑵ 물질의 비열과 온도 변화와의 관계를 설명하시오.

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• 열평형과 열용량

10 오른쪽 그림은 온도가 다른 두 물체 [eqn: RMA]와 [eqn: RMB]를 접촉시켰을 때 두 물체의 온도 변화를 시간에 따라 나타낸 것이다. 물체 [eqn: RMA]의 열용량이 [eqn: 0.4] [eqn: RMkcal/℃] 일 때 [eqn: rm B]의 열용량을 구하고, 그 과정을 설명하시오.

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• 해풍과 육풍

11 오른쪽 그림은 밤에 해안가에서 부는 바람을 나타낸 것이다. 육지와 바다 중 열용량이 더 큰 곳을 고르고, 그 이유를 설명하시오.

• 온도에 따라 변하는 고체의 부피

12 온도가 [eqn: 1``` ℃] 상승할 때 길이 [eqn: RM1``` km]당 각각 [eqn: RM16``` mm], [eqn: RM29``` mm] 늘어나는 구리와 납을 사용하여 오른쪽 그림과 같은 바이메탈을 만들었다.

⑴ 바이메탈을 가열할 때 휘어지는 방향을 쓰고, 그 이유를 설명하시오.

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⑵ 바이메탈을 냉각할 때 휘어지는 방향을 쓰고, 그 이유를 설명하시오.

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1  모범 답안 | ㈎>㈐>㈏, 분자 운동이 활발할수록 온도가 높기 때문이다.

해설 | 분자 운동이 활발할수록 온도가 높다. 따라서 분자 운동의 활발한 정도가 ㈎>㈐>㈏이므로, 온도를 비교하면 ㈎>㈐>㈏이다.

2  모범 답안 | ㉠ 23.0 ℃ ㉡ 23.0 ℃, 6 분 이후는 A와 B의 온도가 더 이상 변하지 않는 열평형 상태이기 때문에 A와 B의 온도는 같다.

해설 | 온도가 낮은 A에서 온도가 높은 B로 열이 이동하면서 A는 온도가 높아지고, B는 온도가 낮아진다. 시간이 지나면 두 물체의 온도가 같아지고 온도 변화도 없는 열평형 상태에 도달한다. A가 23.0 ℃에서 온도가 더 이상 변하지 않으므로 23.0 ℃가 열평형 온도이다. 따라서 B의 온도도 23.0 ℃에서 더 이상 변하지 않는다.

3  모범 답안 | 온도가 높은 A에서 온도가 낮은 B로 열이 이동하게 되어 온도가 같아진다.

4  모범 답안 |

해설 | 10 ℃의 물이 얻은 열량과 70 ℃의 물이 잃은 열량이 같다. 따라서 이를 식으로 나타내면, 1[eqn: TIMES]0.2[eqn: TIMES]([eqn: t]－10)＝1[eqn: TIMES]0.4[eqn: TIMES](70－[eqn: t])에서 [eqn: t]＝50 ℃이다.

5  모범 답안 | ⑴ ㈎－㈏－㈐－㈑

⑵ 뜨거운 국그릇에 넣은 국자가 뜨거워진다, 추운 겨울에 철봉을 맨손으로 잡으면 차갑다 등

해설 | 금속의 한 쪽 끝을 가열하면 가열하는 쪽으로부터 가열하지 않는 쪽으로 열이 이동하므로 가열하는 부분과 가까운 쪽부터 성냥개비가 떨어진다. 이와 같은 열의 이동 방법을 전도라 하는데, 보통 고체에서 열이 이동하는 현상을 예로 들 수 있다.

6  모범 답안 | 물, 찜질팩은 온도 변화가 크지 않아야 하므로 비열이 큰 물질일수록 좋기 때문이다.

7  모범 답안 | ㈐, 열용량이 클수록 온도 변화가 작다. 열용량은 비열과 질량에 비례하기 때문에 ㈐의 열용량이 가장 크다.

해설 | 열용량을 비교하면 물질이 같아 비열이 같은 ㈎와 ㈏의 경우는 ㈎<㈏이고, 질량이 같은 ㈏와 ㈐의 경우 비열이 클수록 열용량이 커서 ㈏<㈐이다. 따라서 열용량은 ㈎<㈏<㈐이다.

8  모범 답안 | 사우나의 수증기의 열용량이 온탕의 물의 열용량보다 작아서 사람의 몸으로 이동하는 열량이 크지 않기 때문이다.

해설 | 수증기와 물은 비열이 서로 같으나 물의 질량이 수증기보다 커서 온탕에 있는 물의 열용량이 더 크다. 사람이 온탕이나 사우나에 들어가면 열을 얻는데, 열용량이 작을수록 몸으로 이동하는 열량이 작으므로 사우나에서 는 화상을 입지 않는다.

9  모범 답안 | ⑴ B
⑵ 비열이 클수록 온도 변화가 작다.

해설 | 비열이 클수록 온도 변화가 작기 때문에 A와 B 중에 온도 변화가 작은 B가 비열이 큰 물이다.

10 모범 답안 | 0.6 kcal/℃, A가 잃은 열량＝B가 얻은 열량이므로 0.4 kcal/℃[eqn: TIMES]30 ℃＝B의 열용량[eqn: TIMES]20 ℃에서 B의 열용량＝0.6 kcal/℃이다.

해설 | 열이 A에서 B로 이동하는데, A가 잃은 열량(A의 열용량[eqn: TIMES]A의 온도 변화)＝B가 얻은 열량(B의 열용량[eqn: TIMES]B의 온도 변화)이다.

11 모범 답안 | 바다, 바다의 온도가 천천히 내려가는 이유는 바다의 열용량이 높기 때문이다.

해설 | 육지보다 바다의 열용량이 크기 때문에 밤에는 바다의 온도가 높아 육풍이 분다.

12 모범 답안 | ⑴ A쪽, 바이메탈은 가열하면 열팽창 정도가 작은 구리 쪽으로 휘어지므로 A쪽으로 휘어진다.

⑵ C쪽, 바이메탈은 냉각하면 열팽창 정도가 큰 납 쪽으로 휘어지므로 C쪽으로 휘어진다.

해설 | 바이메탈을 가열하면 열팽창 정도가 작은 금속 쪽으로 휘어지므로 구리인 A쪽으로 휘어지고, 바이메탈을 냉각하면 열팽창 정도가 큰 금속 쪽으로 휘어지므로 납인 C쪽으로 휘어진다.