열의 이용
열이란, 에너지의 한 형태이다. 분자들이 운동하면서 생기는데 어떤 물체 안의 분자들은 끊임없이 움직인다. 이때 분자들이 빨리 움직일수록 물체에서는 열이 발생하고 뜨거워진다. 물체가 열에너지를 받으면 그 속에 있는 분자들은 속도가 더 빨라진다. 반대로 열에너지를 뺏기면 속도가 느려진다. 열에너지의 전달 방법은 복사, 전대, 대류 세 가지 이다. 먼저 복사열은 뜨거운 물체가 방출하는 열선이 낮은 온도의 물체로 전달되는데 어떤 매질을 통하지 않고 열이 직접 이동하는 것을 열복사라고 한다. 열선이 분자들의 움직임을 빨라지게 하고 물체를 뜨겁게 만들어준다. 높은 에너지로 움직이는 분자가 다른 분자에 부딪히면 충돌된 분자들도 빠르게 움직이게 된다. 두 번째로 전도. 고체 안에 있는 분자들은 앞뒤로 진동할 때 제한된 범위가 있다 고온 부분은 진동 속도가 빨라지고, 이것은 저온 부분으로 열을 전달하게 된다. 이것이 '열전도'이다. 세 번째 대류는 액체나 기체 속에서 자유롭게 움직이던 분자가 가열되면 그 분자들의 움직임은 더욱 활발해진다. 가열된 액체나 기체는 팽창하게 되고 가벼워지면서 위로 올라가고 냉각된 액체나 기체는 수축하면서 아래로 내려오게 된다. 이렇게 많은 분자들이 순환하면서 열을 이동시키는데 이것이 '대류현상' 이다.
열의 파동
태양은 여러 가지의 파장의 빛에 에너지를 담아 보낸다. 이 중 가시광선과 적외선이 대표적인데 이런 광선이나 마이크로파들은 비슷한 특성을 가지고 있다. 그것들은 물질의 종류에 따라 물질 속을 투과하거나 반사하며 흡수되어 버리기도 한다. 이 광선을 흡수한 물체는 온도가 올라가는데, 이런 성질을 활용해 태양열 온수기, 전자레인지 등을 만들었다. 태양열 온수기는 태양이 주는 열의 아주 일부만을 모아서 더운 날 밀폐된 자동차가 뜨겁게 달아오른 것 처럼 지붕 위에 설치된 태양열 집열판은 태양에서 받은 적외선이 유리 덮개를 통해 뜨거워진다. 이 열은 물이 흐르는 동관을 지나가면서 물에 열을 뺏기고, 물은 열을 흡수한 뒤 온수탱크에 저장하거나 열 교환기로 흘러 들어간다. 전자레인지는 특수 진공관인 마그네트론에서 복사된 마이크로파는 물을 가열하는 능력이 우수하다. 마이크로파는 용기를 투과하고 음식물 속으로 들어가서 음식물을 가열해 빠른 시간에 골고루 조리할 수가 있다. 보온병을 살펴보자. 보온병은 음료의 차갑거나 뜨거운 온도를 오랜 시간 유지시켜주는 역할을 한다. 이것은 안과 밖의 온도가 서로 통하지 않기 때문이다. 병 안쪽에 이중벽으로 유리나 강철로 된 용기가 들어있다. 벽은 은도금을 해서 열선을 반사해 열이 새어나가거나 새어 들어오지 못하게 한다. 용기의 벽 사이는 진공 상태이고 벽을 통해 열이 전도되는 것을 막을 수 있다. 마개나 받침은 코르크 같은 열전달이 되지 않는 절연체를 사용해 열전도를 최소화했다.
연소 기계
불에 탄다는 것은 연료와 산소가 결합하여 열을 내는 화학반응이다. 연료가 수소일 때, 수소 분자와 산소 분자가 충돌하고 깨져서 아주 빠르게 물 분자를 형성하는데 이때 어마어마한 열이 발생한다. 연료는 대부분 탄화수소이고 탄화수소가 연소하면 물과 이산화탄소를 만든다. 많은 기계 장치는 연료를 태워서 나오는 열을 사용한다. 어떤 경우에는 연소할 때 발생하여 급속하게 팽창하는 가스가 일을 하기도 한다. 총알과 자동차 엔진 내부의 피스톤이 바로 팽창 가스로 작동 되는 것이다. 발생한 열을 그 자체로 사용하기도 하는데 용접할 때 사용되는 토치는 열로 금속을 녹여 접착하고, 가스보일러는 열을 난방과 온수를 만드는 데 쓴다. 가스보일러는 종류가 다양한데 어떤 가스보일러는 물을 데워서 물탱크에 저장하는가 하면 물탱크가 없는 보일러는 필요할 때만 물을 데워서 쓴다. 온수를 틀었을 때 보일러 내부의 제어 회로는 밸브를 열고 버너에 가스가 들어가도록 한다. 그리고 차가운 물이 뜨거운 열교환기를 감싸고 있는 파이프를 지나면 데워져서 온수가 되어 나오는 것이다.
전열
전기를 통해 열을 발생시키는 것은 아주 쉽다. 스위치 하나만 누르면 가능하기 때문이다. 더구나 연소가 필요 없어서 매우 깨끗하고 위생적이다. 전기를 만드는 과정에서 생기는 공해만 없다면 말이다. 다른 열원처럼 전기도 물체에 에너지를 주고 분자의 움직임을 빠르게 해서 물체의 온도가 올라가게 만드는 것이다. 전류가 도선 속에 흐르는 작은 전자 입자가 도선 속의 금속 원자 사이를 이동한다. 전자는 원자보다 작은데 지나가면서 원자를 밀치며 나아가고 이때 금속 원자의 진동이 커져서 도선이 뜨거워진다. 전열기구는 이렇게 전기 에너지를 열에너지로 바꾸어 사용하는 전기 기구이다. 열을 내는 히터로 전열선을 사용하고 전기난로는 발생한 열을 복사열로 이용하기도 한다. 전기주전자는 바닥에 코일 모양의 전열선이 있어 물을 가열한다. 이 전열선이 길면 물은 더욱 빨리 끓어오를 수 있다. 전기주전자에는 자동 온도 조절기가 있어 일정온도 이상이 되면 전류를 차단한다. 헤어드라이어는 스위치를 켜면 드라이어 속의 가늘고 긴 코일 모양의 전열선을 바람이 통과하면서 뜨거운 바람이 되어 나오게 된다.
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