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온도계에서 수은이나 알코올을 주로 사용하는이유는무엇인가여?
온도게에서 수은이나 알코올을 이용해서 온도를 측정하는 이유가 무엇인지 궁금한데여,
전문가의 답볍을 통해서 수인이나 알코올이 온도측정하는데 이용대는이유에대해서알구시퍼여?
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요.
말씀해주신 것처럼 온도계에는 전통적으로 수은이나 알코올이 사용되었는데요, 이는 온도가 변할 때 액체의 부피가 비교적 일정하고 예측 가능하게 변하기 때문입니다. 즉, 온도가 올라가면 팽창하고 내려가면 수축하는 성질을 이용해 가느다란 유리관 속 액체 기둥 높이 변화를 읽으면 온도를 정량적으로 측정할 수 있습니다. 우선 수은은 금속이지만 상온에서 액체인 특이한 물질인데요, 수은은 온도 변화에 따라 부피 팽창이 비교적 균일하여 눈금 보정이 정확하고 재현성이 높습니다. 또한 유리 표면을 잘 적시지 않기 때문에 유리관 벽에 달라붙지 않고, 액체 기둥의 메니스커스가 뚜렷하여 읽기가 쉽습니다. 게다가 수은은 액체 상태 범위가 넓은데요, 녹는점은 약 -38.8℃, 끓는점은 약 356.7℃로, 일상생활부터 고온 실험실 환경까지 상당히 넓은 범위를 커버할 수 있습니다. 그래서 과거에는 체온계, 기상 관측용 온도계, 실험실 정밀 온도계 등에 매우 널리 사용되었으나 독성이 있다는 것이 문제입니다.
반면 에탄올은 저온 측정에 강점이 있는데요, 알코올은 수은보다 어는점이 훨씬 낮아 매우 추운 환경에서도 액체 상태를 유지합니다. 예를 들어 에탄올의 어는점은 약 -114℃ 수준이므로 한랭 지역 기상 관측에 유리하며 알코올은 독성이 상대적으로 낮다보니 실내용 온도계, 냉장·냉동용 온도계, 교육용 기기 등에 많이 사용되었습니다. 이때 알코올은 본래 무색투명하므로 읽기 쉽도록 빨간색이나 파란색 염료를 넣어 사용하는데요, 다만 유리벽을 잘 적시는 성질 때문에 액주 끝이 퍼져 보일 수 있다는 문제점이 있습니다. 감사합니다.
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채택된 답변안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.
액체를 사용한 온도계의 경우 내부 액체 물질의 성질을 활용하여 온도계를 만듭니다.
액체 물질들 중에서 온도를 받으면 일정하게 부피가 커지거나 줄어드는 성질의 액체를 사용하게 됩니다. 이는 물질이 가진 열팽창 계수가 일정해야 한다는 것으로 정리를 할 수 있습니다.
온도계에 따라 액체가 일정하게 늘어나거나 줄어들어야 온도계로써 기능할 수 있기 때문입니다.
수은의 경우 금속이나 상온에서 액체이고 열팽창계수가 일정하여 정밀온도계에 사용되며 알콜도 사용되는데 알콜은 수은보다 열팽창계수가 높아 감도가 좋고 저온에서 사용하기에 적당합니다.
그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다~! 더 궁금한게 있으시면 언제든지 문의 주십시요:)
안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
온도계에서 수은이나 알코올을 사용하는 이유는 이 물질들이 온도 변화에 따라 부피가 일정하게 변하는 열팽창 성질이 매우 뛰어나기 때문입니다. 우리가 눈금으로 온도를 읽을 수 있는 것은 액체의 기둥이 높낮이로 움직이기 때문인데, 여기에는 몇 가지 과학적인 이유가 숨어 있습니다.
가장 먼저 꼽을 수 있는 이유는 온도에 비례하는 일정한 부피 변화입니다. 모든 물질은 열을 받으면 팽창하지만, 수은과 알코올은 우리가 측정하려는 온도 범위 내에서 부피가 아주 일정하고 규칙적으로 늘어나거나 줄어듭니다. 덕분에 온도계의 눈금을 일정한 간격으로 나눌 수 있고, 우리는 이를 통해 정확한 온도를 숫자로 읽을 수 있게 됩니다.
물질마다 가진 고유한 물리적 상태도 중요한 역할을 합니다. 수은은 금속임에도 불구하고 상온에서 액체 상태를 유지하는 유일한 물질입니다. 수은은 열전도율이 매우 높아 온도가 변할 때 즉각적으로 반응하며, 끓는점이 356도 정도로 높아서 고온을 측정하는 데 유리합니다. 또한 유리벽에 잘 달라붙지 않아 은색 기둥이 깔끔하게 오르내리므로 눈금을 읽기가 매우 편리합니다.
반면 알코올은 수은보다 훨씬 낮은 온도에서도 얼지 않는다는 장점이 있습니다. 수은은 영하 39도 정도에서 얼어버리지만, 알코올은 영하 110도 이하까지도 액체 상태를 유지합니다. 그래서 추운 겨울이나 극지방처럼 아주 낮은 온도를 측정할 때는 알코올 온도계가 필수적입니다. 다만 알코올은 투명하기 때문에 우리 눈에 잘 보이도록 빨간색이나 파란색 색소를 섞어서 만듭니다.
결국 온도계에 이 두 물질을 사용하는 것은 우리가 측정하고자 하는 환경의 온도 범위와 목적에 따라 가장 민감하고 정확하게 반응할 수 있는 액체를 선택한 결과입니다. 고온이나 정밀한 측정이 필요할 때는 수은을, 아주 추운 곳의 온도를 잴 때는 알코올을 사용함으로써 생활 속에서 온도를 쉽고 정확하게 파악할 수 있는 것입니다.