증발의 힘으로 사탕을 시원하게 유지하는 방법

더운 여름날 밖에 나가면 몸에서 땀이 나기 시작하는 것을 눈치채셨을 것입니다. 그러나 땀, 즉 발한이 실제로 몸을 식히는 방법이라는 사실을 알고 계셨습니까? 대부분 물인 땀은 증발하면서 우리를 식힙니다.

 

증발은 물이 액체에서 기체로 변할 때 발생하는 과정입니다(이 경우 기체는 수증기입니다). 땀이 증발할 때 몸에서 열 에너지를 운반합니다. 땀이 빨리 증발할수록 더 많은 열이 전달되고 땀이 증발하는 피부 표면이 더 차가워집니다.

 

물체에서 물이 증발하면 물체 위의 공기가 더 습해져서(더 많은 수증기로 채워짐) 증발 과정이 느려집니다. 공기가 이미 수증기로 가득 차면 피부의 수분이 증발할 곳이 없기 때문입니다. 그러나 습하고 습한 공기를 부채질하면 물이 더 빨리 증발할 수 있습니다. 그래서 부채질을 하거나 돌풍이 불면 기분이 더 시원해집니다.

 

날씨가 더운 곳에서 엔지니어는 미스트(미세한 물 미스트를 분사하는 기계)를 설계하여 사람들이 시원함을 유지할 수 있도록 공공 장소에서 사용합니다. 이 미스트는 몸에서 열 에너지를 증발시키고 제거하기 위해 더 많은 물을 제공함으로써 몸의 자연적인 땀 냉각 시스템을 돕습니다. 더운 날 시원함을 유지하는 또 다른 방법은 반다나를 물에 적셔서 목에 두르는 것입니다. 두건의 여분의 물은 더 많은 증발을 일으켜 땀만 있을 때보다 몸을 더 시원하게 유지합니다.

 

 

이 과학 박람회 프로젝트 아이디어에 영감을 준 CYBERCHASE 에피소드인 “Digit의 B-Day Surprise” 비디오 클립을 시청하세요.

물체를 식히기 위해 신체가 사용하는 것과 동일한 증발 냉각 과정을 적용할 수 있습니다. PBS Kids TV 쇼 Cyberchase 에피소드 “Digit의 B-Day Surprise”에서 CyberSquad는 사막을 여행하는 동안 Digit의 초콜릿 조각 생일 선물이 녹지 않도록 증발 냉각을 사용해야 합니다. CyberSquad가 증발 냉각의 힘을 사용하여 Digit의 생일 선물을 저장하는 것을 보려면 위의 비디오 상자를 클릭하십시오.

 

Cyberchase “For Real” 부분에서 테니스를 치려고 하다가 더위에 시들면서 Harry는 불쾌한 사촌 Harley에게 계속해서 집니다. Harry는 Harley가 팬이 부착된 스프레이 병의 물을 사용하여 자신을 식히고 있음을 알게 된 후 게임을 시작하기로 결정합니다. 대형 스프링클러 호스와 3개의 창 팬으로 그는 코트에서 증발 냉각의 힘을 활용하고 땀 한 방울 흘리지 않고 Harley를 물리칩니다.

 

초콜릿 사탕이 녹지 않도록 증발 냉각을 어떻게 사용할 수 있습니까? 이 과학 박람회 프로젝트가 알아내는 데 도움이 될 것입니다!

 

용어 및 개념

발한

증발

가스

수증기

습기

증발 냉각

질문

땀은 어떻게 몸을 식히나요?

사람들이 시원함을 유지하기 위해 증발을 사용하는 몇 가지 방법은 무엇입니까?

엔지니어는 물체를 시원하게 유지하기 위해 증발을 어떻게 사용합니까?

재료 및 장비

종이 타월(6장)

가위

실온의 물이 담긴 작은 그릇

포장지에 든 초콜릿 캔디 또는 포장지에 든 작은 초콜릿 캔디 바(6개) 참고: 눈물 모양의 초콜릿은 권장하지 않습니다.

줄자

잔째로 마신다

헤어 드라이어

시간제 노동자

실험실 노트북

실험적 절차

1. 종이 타월 시트를 폭이 약 7.5cm(3인치)가 되도록 자릅니다.

 

2. 종이 타월 조각 하나를 가져다가 물을 떨어뜨려 적십니다. 젖은 느낌이 나지만 떨어지지 않아야 합니다.

 

3. 사탕을 포장지에 보관하고 사탕 중 하나를 젖은 종이 타월 조각으로 단단히 싸고 다른 사탕은 마른 종이 수건 조각으로 단단히 감습니다. 마른 종이 타월 스트립은 풀리는 경향이 있습니다. 작은 테이프로 제자리에 고정하십시오.

 

4. 두 개의 사탕을 내열 표면에 나란히 놓습니다. 사탕을 제자리에 유지하기 위해 종이 조각의 가장자리에 유리잔을 거꾸로 놓습니다. 설정은 그림 1에 나와 있습니다.

 

거꾸로 된 유리가 바닥에 놓여 있습니다. 유리 테두리는 종이 타월로 싸인 초콜릿 두 조각의 모서리를 잡고 있습니다. 하나는 건조하고 하나는 젖은 것입니다.

그림 1: 뒤집힌 유리가 종이 타월로 감싼 사탕을 제자리에 고정합니다.

 

5. 공기가 사탕 위로 날아갈 수 있도록 헤어 드라이어를 잡습니다. 헤어드라이어는 그림 2와 같이 캔디 위로 20cm(8인치) 떨어져 있어야 합니다.

 

거꾸로 된 유리가 바닥에 놓여 있습니다. 유리의 가장자리에는 종이 타월로 싸인 두 조각의 초콜릿 모서리가 있습니다. 하나는 건조하고 다른 하나는 젖은 것입니다. 위에서 헤어드라이어의 끝이 아래를 향하도록

캔디 위 8인치에 고정된 헤어드라이어가 캔디에 뜨거운 공기를 불어넣습니다.

 

6. 타이머를 사용하여 5분 동안 뜨거운 바람을 불어줍니다(헤어드라이어를 높게 설정).

 

7. 5분이 지나면 헤어드라이어를 멈춥니다. 종이 타월 스트립이 어떻게 변했는지 관찰하십시오. 종이 타월 스트립을 제거하고 포장지를 엽니다.

 

8. 실험실 공책에 젖은 종이 타월로 감싼 사탕과 사탕 포장에 어떤 일이 일어났는지 관찰한 내용을 기록하십시오.

 

9. 새 사탕과 종이 타월 조각으로 1-8단계를 두 번 더 반복합니다. 시험 간에 관찰이 일관됩니까? 서론에서 배운 정보와 배경 지식을 사용하여 관찰한 내용을 설명할 수 있습니까?
 
10. 증발 냉각에 대해 더 깊이 이해하려면 변형을 시도하십시오.
 
변형
온도계를 사용하여 헤어 드라이어 아래에서 각 사탕이 5분 후에 도달하는 시작 온도와 최종 온도를 결정하는 실험을 다시 시도하십시오. 결과를 그래프로 표시합니다. 참고: 그래프를 만드는 데 도움이 필요하면 그래프 만들기 웹 사이트를 사용해 보십시오.
햇빛이 비치는 창문 뒤에 사탕을 놓으면 어떻게 될까요? 태양은 열원을 제공하지만 습한 공기는 헤어 드라이어처럼 날아가지 않습니다. 이것이 사탕이 녹는 데 어떤 영향을 미칩니 까? 사탕의 최종 온도는 어떻습니까? 종이 타월로 감싼 사탕이 햇볕에 있을 때 종이 부채를 사용하여 부채질하면 어떻게 될까요?