함께하는 과학세상-컵이 물을 빨아 들여요

공기는 우리가 살아가는데 있어 가장 소중한 것 중에 하나이다.

우리가 하루동안 마시는 공기의 양을 무게로 측정하면 15kg이나 된다고 한다.

그렇다면 공기는 어떤 성질을 가지고 있을까? 촛불 실험을 통해 공기가 일으키는 신기한 마술을 경험해 보자.

♣준비물

투명한 유리컵, 접시, 동전, 양초토막, 식용색소

♣어떻게 할까요?

1. 접시 위에 동전을 놓고, 5cm 간격을 두고 양초토막을 세운다.

2. 동전이 잠길 만큼 접시에 물을 붓고, 양초에 불을 붙인다(실험이 눈에 잘 드러나게 하기 위해서는 식용색소를 녹인 물을 사용하는 것이 좋다).

3. 위의 그림과 같이 투명한 유리컵을 촛불 위에 서서히 덮는다.

♣알아봅시다.

1. 유리컵을 덮었을 때 촛불과 접시 바닥의 물이 어떻게 되는지 관찰해 보자.

2. 물에 잠겼던 동전이 드러나게 되는 이유는 무엇인지 알아보자.

♣어떻게 될까요?

1. 유리컵을 촛불 위에 덮었을 때 컵 안쪽은 뿌옇게 변하고 촛불은 꺼진다.

그리고 바닥에 있는 물은 컵 안쪽으로 빨려 들어가고 물 속에 잠겼던 동전이 드러나게 된다.

2. 공기를 가열하면 부피가 늘어나면서 공기가 컵 밖으로 빠져나갔다가 촛불이 꺼지면 컵 속의 공기 부피는 줄어들고 그 자리는 공기의 압력에 의해 물이 빨려 들어가게 된다.

♣좀 더 알아봅시다.

공기는 압력에 따라 부피가 변한다.

압력을 크게 하면 부피가 줄어들고, 압력을 작게 하면 부피는 늘어난다.

즉 온도가 일정할 때 일정량의 공기의 부피는 압력에 반비례한다.

이것을 '보일의 법칙'이라고 한다.

또 공기는 온도에 따라 부피가 변한다.

온도가 높아지면 부피는 늘어나고, 온도가 낮아지면 부피는 줄어든다.

즉 압력이 일정할 때 공기의 부피는 온도가 1℃ 오를 때마다 0℃때보다 부피가 약 1/273씩 늘어난다.

이것을 '샤를의 법칙'이라고 한다.

강혁주(대구시교육과학연구원 과학탐구부 교사)