열에너지의 존재를 확인할 수 있는 방법이 있습니다. 온도에 관해서 살펴보도록 하겠습니다.
열에너지로 인한 다양한 물질의 형태
물은 다양한 형태로 존재를 하고 있습니다. 고체 형태라 할 수 있는 얼음부터 시작을 해서 액체 형태라고 할 수 있는 물 그리고 기체 형태라고 할 수 있는 수증기 형태로 존재를 하고 있습니다. 이러한 형태의 차이를 만드는데 원인이 되는 한가지가 있다면 바로 온도라고 할 수가 있겠습니다. 온도를 달리 표현하자면 열에너지라고 할 수가 있겠는데요. 온도라는 시스템 내부에 존재하는 에너지를 두고 우리는 열에너지라고 부르게 됩니다. 열에너지로 인해서 물이라는 물질의 내부 구조적 변화가 일어나게 되는 것이며 구조적 변화로 인해서 우리가 관찰하게 되는 얼음과 물 그리고 수증기 형태로 변하게 되는 것인데요. 얼음의 경우 가장 폐쇄적인 화학적 구조를 가지고 있습니다. 서로 단단하게 엮어진 구조로 인해서 고체 형태로 존재를 하게 되는데요. 만약 외부에서 힘을 가하게 되는 경우 화학적 구조가 제거가 되면서 얼음이 깨지는 형태로 되는 것입니다. 이보다 좀 더 느슨한 구조를 지니고 있는 것이 바로 액체라고 할 수가 있겠는데요. 충분히 유동적인 구조를 지니고 있다는 사실은 물을 통해서도 알 수가 있습니다. 자를 수 있다는 개념이 아닌 흐른다는 개념을 생각해보시면 되지 않을까 합니다. 아울러 열에너지를 가하게 되는 경우 달리 이야기를 해서 온도를 높이게 되는 경우 그 분자 구조는 가장 자유로운 형태로 존재를 하게 되는데요. 자유로운 형태의 특징은 공기보다 밀도가 낮다는 것을 의미합니다. 즉 어떠한 장소에 머무르는 형태가 아닌 공기 중에 떠다니는 형태로 존재를 하게 되는 것이죠. 샤워를 할때 공간 안에 뿌옇게 수증기가 발생하는 것이 하나의 현상이라고 할 수가 있겠습니다.
열에너지의 방출 및 흡수
이렇게 다양한 형태로 존재를 하게 하는 이유는 앞서서 말씀드린 것처럼 열에너지라 할 수 있으며 이 열에너지는 온도에 따라서 달라진다고 할 수가 있겠습니다. 즉 물을 기준으로 하였을때 그 형태가 변하게 되는 특정한 온도가 있다는 사실입니다. 흔히 알고 있는 상식으로는 물의 어는 점은 0도라고 할 수 있겠습니다. 좀 더 정확하게 이야기를 하자면 273.15k 그리고 절대 온도에서 32도 그리고 우리가 흔히 사용하는 0도 단 1기압 하에서 얼게 된다고 할 수가 있겠습니다. 반대로 이야기를 해서 0도보다 높은 경우 얼음인 고체가 액체인 물로 변하게 된다는 것인데요. 하지만 그 형태의 변화가 오로지 고체에서 액체로 그리고 액체에서 기체로 되는 것은 아니라고 할 수가 있겠습니다. 고체 상태에서 바로 기체 상태로 변하는 것도 가능한데요. 이를 두고 우리는 승화라고 이야기를 합니다. 우리가 잘 알고 있는 물질들 중에서 승화 현상을 일으키는 대표적인 물질이라 한다면 바로 드라이아이스를 꼽을 수 있겠습니다. 고체 상태에서 바로 기체 상태가 되며 이러한 형태 변화를 일으키게 되는 경우 137kcal/kg 정도의 에너지를 흡수하게 됩니다. 즉 어떠한 고체에서 액체 혹은 고체에서 기체로 형태가 변하는데 있어서 필요한 일정한 열에너지가 필요하다는 의미로 생각을 해주시면 되겠습니다. 승화하는 형태를 보이는 물체가 있는 것은 물론 물의 경우 고체에서 액체 그리고 액체에서 기체로 형태가 변하게 됩니다. 액체에서 기체로 변하는 상태를 볼 수 있는 일정한 온도를 두고 우리는 물의 끓는점이라고 이야기를 합니다. 끓는점은 또 다른 표현으로 비등점이라고도 이야기를 하는데요. 다들 잘 아시는 것처럼 물의 끓는 점은 100도라고 할 수가 있겠습니다. 단 이는 1기압의 상황에서 이야기를 하는 것이며 외부 압력이 낮아지게 되는 경우 끓는 점 역시도 낮아지게 된다는 사실 알아두셔야 하겠습니다. 참고로 높은 산에서 올라가 물을 끓이게 되는 경우 일반적으로 알고 있는 100도보다 낮은 온도에서 물이 끓는 현상을 관찰하실 수가 있겠습니다.
다양한 형태로의 존재
총 정리는 이렇습니다. 고체나 액체 그리고 기체 형태로 변하기 위하서는 열에너지를 필요로 하게 됩니다. 고체에서 액체 그리고 액체에서 기체로 변하기 위해서는 열에너지가 필요하며 어떠한 물질이 이 열에너지를 흡수하게 되면서 변하게 됩니다. 반대로 고체에서 액체 그리고 기체로 변하게 되는 경우 열에너지의 방출이 일어나게 되면서 형태가 변하게 된다고 생각해주시면 되겠습니다.
