안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.뜨거운 공기는 냉각된 공기보다 분자의 열운동이 활발합니다. 열운동으로 인해 공기 분자들은 서로 밀집하게 움직이며 충돌하게 됩니다. 이 때 충돌로 인해 분자 간 거리가 벌어지고, 공기의 부피가 증가합니다. 이렇게 분자 간 거리가 멀어지기 때문에 밀도가 낮아집니다. 밀도는 단위 부피 내에 포함된 공기의 질량을 의미하는데, 더 적은 질량을 가진 뜨거운 공기는 더 낮은 밀도를 가지게 됩니다. 밀도의 차이로 인해 뜨거운 공기는 냉각된 공기보다 상대적으로 가벼워지고, 상승하는 경향을 보입니다.
열팽창의 원리는 물질이 열을 받으면 분자들이 움직이면서 간격이 커지게 되는 현상입니다. 따라서 물질의 부피가 커지게 되는데, 공기도 마찬가지입니다. 공기가 뜨거워지면 분자 간 거리가 멀어지고 부피가 커져서 상대적으로 가벼워지게 됩니다. 부력의 원리는 공기의 밀도가 온도에 따라 변화하는 것입니다. 뜨거운 공기는 밀도가 낮아져서 차가운 공기보다 가벼워집니다. 그래서 차가운 공기보다 위로 떠오르게 되며, 이러한 원리로 뜨거운 공기는 자연스럽게 위로 상승하게 됩니다.
