이것이 국어닷!

#열

열 = 물체 사이의 온도 차이에 의해 이동하는 에너지

※ 물질이 열을 갖고 있는 것이 아님. 물질은 열이 아니라 분자의 운동에너지나 퍼텐셜에너지를 갖고 있음

∵ 열은 높은 온도의 물체에서 낮은 온도의 물체로 이동하는 에너지

(일이 에너지의 이동을 뜻하는 것과 동일. 물체가 일을 갖고 있는 것이 아니라 일을 하거나 받는 것처럼)

☆ 내부에너지: 물질 내 모든 에너지의 총합

- 분자의 회전 운동에너지, 분자 내 원자의 내적 운동에너지, 분자 사이의 힘에 의한 퍼텐셜에너지 등

→ 물질이 열을 얻거나 잃으면 물질의 내부에너지가 늘거나 줄어듦.

“모든 물질 내에는 거대한 양의 에너지가 들어있다. 이 책을 보기로 들면, 종이를 구성하는 분자들은 일정한 운동상태에 있으므로 운동에너지를 가진다. 주변 분자들과의 상호작용에 의한 퍼텐셜에너지도 있다. 또한 종이를 쉽게 태울 수 있으므로 화학에너지도 있다. 여기서 화학에너지란 전기적 퍼텐셜에너지를 뜻한다. 한편 종이의 원자핵에도 엄청난 양의 에너지가 들어있다. 즉, 존재 자체가 에너지인 E = mc² 으로 기술되는 질량에너지가 있다. 이와 같은 여러 형태의 에너지를 합한 물질 내의 모든 에너지를 통 털어서 내부에너지라고 부른다. 가장 간단한 물질이라도 내부에너지의 형태는 매우 복잡하다. 그러나 열의 변화나 열의 흐름을 다루는 열역학에서는 내부에너지의 변화만을 조사하면 된다. 이러한 내부에너지의 변화가 바로 온도의 변화로 나타난다.”(폴 휴이트(2003), 엄정인, 김인묵, 박홍이, 정광호 역, 『수학없는 물리』, 홍릉과학출판사, p.298)

☆ 열의 측정: ‘줄’ / ‘칼로리’

- 1cal: 1g의 물 온도를 1℃ 높이는 데 필요한 열의 양 = 4.184J

◈ 열역학 제1법칙

- 기체에 열을 가했을 때 기체가 흡수한 열(Q)은 내부 에너지 변화량(∆U)과 기체가 외부에 한 일(W)의 합과 같음

- Q = ∆U + W

∴ ∆U = Q – W : 내부 에너지 변화량은 기체가 흡수한 열과 외부에서 기체에 한 일의 합과 같음

§ 만약 열의 출입이 없다면 Q=0 이므로 내부 에너지 변화량(∆U)과 외부에서 기체에 한 일의 합은 같음

∴ 열과 일은 서로 전환됨

* 물리I ‘열과 일’ 단원 참조

◇ 참고 웹사이트

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3536954&cid=60217&categoryId=60217

- 내부에너지

http://ebsi.co.kr/ebs/lms/player/retrieveLmsPlayerHtml5.ebs?sbjtId=S20190000858&lessonId=LS000000242980&lecGbn=V1M4&previewYn=Y&useIndexList=Y&playerSelect=html5&pageType=new

- 열역학 법칙 EBS 강의

#엔탈피

* 엔탈피(H): 어떤 물질이 특정 온도와 압력에서 가지는 에너지

예) 어떤 물질의 엔탈피는 원자핵 속에 존재하는 핵자들의 핵에너지, 전자가 가지는 에너지, 원자 사이의 공유 결합 에너지, 물 분자의 운동 에너지(병진, 진동, 회전) 등의 모든 에너지를 합한 값

∴ 정확하게 측정하는 것은 사실상 불가능

→ 엔탈피의 변화를 측정하는 이유

△ 표준 엔탈피(H°): 25℃, 1기압에서의 엔탈피값

* 반응엔탈피(∆H): 일정한 압력에서 화학 반응이 일어날 때의 엔탈피 변화

→ 생성물의 엔탈피 합 – 반응물의 엔탈피 합

1) 발열 반응: 엔탈피 차이에 해당하는 열 방출

∵ 반응물의 엔탈피가 생성물의 엔탈피보다 크기 때문

2) 흡열 반응: 엔탈피 차이에 해당하는 열 흡수

∵ 반응물의 엔탈피가 생성물의 엔탈피보다 작기 때문

△ 열화학 반응식: 화학 반응식에 반응엔탈피를 함꼐 나타낸 것

* 화학II ‘반응엔탈피’ 단원 참조

◇ 참고 웹사이트

http://www.ebsi.co.kr/ebs/lms/player/retrieveLmsPlayerHtml5Simple.ebs?medUrl=http://WSTR.ebsi.co.kr/M41M1901/S20190000863/S20190000863_1M4_000000244485.mp4&startTime=829&endTime=1148&pType=2&useVTTime=true

- 엔탈피 EBS 강의

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3569076&cid=58949&categoryId=58983

- 엔탈피

#비열 #열용량

※ 비열: 물질의 온도를 1℃ 올리는 데 필요한 단위질량당 열량

→ 1g의 물을 1℃ 높이는 데에 필요한 열은 1cal

1g의 쇠를 1℃ 높이는 데에 필요한 열은 1/8cal

∵ 물이 쇠에 비해 보다 많은 열을 흡수하기 때문 = 물의 비열이 높기 때문

∫ 몇 개 예외는 있으나 대체적으로 모든 물질 중 물의 비열이 가장 높은 편 = 좋은 냉각제의 역할

☆ 이러한 물의 특성 때문에 지구상의 기후가 장소에 따라 다름.

→ 유럽과 태나다 지역의 위도가 같아 같은 양의 햇빛을 받음에도 물구하고, 유럽의 날씨가 캐나다에 비해 따뜻 섬이나 반도처럼 바닷물로 둘러싸인 지역이 내륙지방보다 기온의 변하가 심하지 않음

낮에는 해풍(바다 → 육지)이, 밤에는 육풍(육지 → 바다)이 부는 이유

◇ 비열은 물질의 종류에 따라 그 값이 다름 = 물질의 고유 특성

◇ 액체의 비열이 고체의 비열보다 크고, 비열이 클수록 온도 변화가 작음

※ 열량 = 비열 X 질량 X 온도변화

 ∴ 비열 = 열량 / 질량 x 온도변화

※ 열용량: 어떤 물체의 온도를 1℃ 높이는 데 필요한 열량

  ∴ 열용량 = 비열 x 질량 = 공급한 열량 / 온도 변화

→ 비열 및 질량이 클수록 열용량이 크고, 열용량이 클수록 온도 변화가 작음

◇ 참고 웹사이트

http://study.zum.com/book/15253

- 비열과 열용량

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1106212&cid=40942&categoryId=32233

- 비열

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1393603&cid=47338&categoryId=47338

- 온도와 열, 비열, 열용량이란?

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=4389738&cid=60217&categoryId=60217

- 열용량

#기후되먹임

                기후되먹임: 기후 시스템 안에 존재하는 각 과정들 사이에서 처음의 과정으로 나온 결과가 두 번째 과정의 변화를 촉발하고 이것이 다시 원인이 되어 처음의 과정에 번갈아 영향을 미치게 되는 상호 작용 매커니즘

-- 양의 되먹임: 원래의 과정을 증폭

-- 음의 되먹임: 원래의 과정을 감소

* 예시

- 양의 되먹임 과정

지구 온난화(기온 상승) → 많은 지역의 빙하와 만년설이 녹음 → 햇빛을 반사하는 눈/얼음의 면적↓ → 더 많은 햇빛을 흡수 → 지구 온난화(기온 상승)

- 관련: https://www.dw.com/en/when-nature-harms-itself-five-scary-climate-feedback-loops/a-43649814

- 음의 되먹임 과정

지구 온난화(기온 상승) → 지구 육지와 바다 표면의 물 증발량 증가 → 대기 중에 더 많은 수증기 공급 → 구름의 양 증가 → 많은 햇빛이 구름에 의해 반사 → 지구 표면에 도달하는 햇빛의 양 감소 → 지구 온도 하락

※ 기후민감도

- 대기 중의 이산화탄소 농도가 현재보다 높을 때, 이에 따른 전지구평균 표면 온도에서의 변화량에 대한 민감도

- 기후민감도↑: 동일한 양의 대기 중 온실가스(이산화탄소 등)에 따른 온도 상승이 더 큼

◇ 참고 웹사이트

https://news.joins.com/article/23008397

- 지구 온난화(양의 되먹임) 관련 기사

https://news.chosun.com/site/data/html_dir/2006/11/14/2006111460533.html

- 피드백 개념으로 본 지구 온난화

https://www.youtube.com/watch?v=363HhzYzJlA

- 기후 되먹임 현상에 대한 강의

https://www.youtube.com/watch?v=inVZoI1AkC8

- feedback이란 무엇인가

#복사수지

 - 지구 에너지 수지의 종류와 값

 복사수지: 우주에서 지구로 들어와서 흡수되는 복사 에너지 – 지구가 우주로 방출하는 복사 에너지

- 양의 값: 지구가 에너지를 축적 = 온도 상승

- 음의 값: 지구가 에너지를 빼앗김 = 온도 하강

※ 실제로는 대체로 평형

§ 위도에 따라 지면에 도달하는 태양복사에너지양이 크게 다름

- 적도, 저위도 >> 고위도

∵ 적도를 비롯한 저위도 지역은 태양 고도각이 높아 대체로 복사수지가 큼. = 가열되는 효과

∫ 37˚ 정도가 대개 균형점

 ◈ 자세한 내용은 지구과학I의 ‘지구 기후 변화’ 단원 참조

 ◇ 참고 웹사이트

 http://www.climate.go.kr/home/09_monitoring/intro/rad_intro

    - 지표복사수지에 대한 개요

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5702213&cid=64656&categoryId=64656

    - 지구복사수지 설명

#기초대사량

- 기초대사량: 호흡, 심장 박동, 체온 조절, 물질 합성 등 생명 활동을 유지하는데 필요한 최소한의 에너지양

- 보통 1일 대사량의 약 60~70% 정도가 기초 대사량.

- 성별, 연령 등에 따라 차이가 있으나 일반적으로 체중 1kg당 1시간에 0.9kcal(여성)~1kcal(남성) 정도

○ 체중이 무거울수록 기초대사량은 많음.

- 근육 조직이 지방 조직보다 더 많은 에너지를 소비하기에 몸에 근육이 많은 경우 기초 대사량이 높아짐

◇ 단위 체중당 기초대사량은 동물에 따라 차이가 있는데, 대개 작은 동물일수록 큼

예) 생쥐: 1kg 당 1일에 212kcal, 개: 1kg 당 1일에 51.5 kcal

☆ 하지만 단위 체표면적당 기초대사량은 동물의 종류에 관계없이 거의 일정함

- 1㎡ 당 1000 ~ 1200 kcal 내외

▷ 사람의 체표면적(S)는 보통 체중(W)과 신장(H)을 기반으로 여러 식을 사용하여 산정하는데, 가장 널리 사용되는 건 Dubois(1915)의 식으로 아래와 같다. (단위는 S는 ㎠ , W는 kg, H는 cm, 71.84는 계수)

 * 대사 증후군 / 대사성 질환

- 오랜 기간 영양 과잉, 운동 부족 등으로 에너지 불균형이 지속될 때 나타날 수 있는 질환

- 당뇨병, 고혈압, 지방간, 고지혈증 등이 대표적

# ATP

ATP 구조와 에너지 전환

 - ATP: Adenosine TriPhosphate 아데노신 3인산 ~ 아데노신에 인산기가 3개 달린 유기화합물

△ 아데노신에 인산기가 2개 달린 건 ADP

△ 아데노신에 인산기가 1개 달린 건 AMP

- ATP는 생명 활동에 직접적으로 사용되는 에너지원 = 일종의 건전지

- ATP를 구성하고 있는 인산기와 인산기 사이의 결합이 끊어지면 ADP와 무기 인산으로 분해가 되고 그 과정에서 에너지가 방출됨. (반대로 ADP를 에너지를 공급받아 다시 ATP로 합성)

- 세포는 세포호흡에서 방출된 에너지를 ATP에 저장하였다가 필요할 때 ATP를 분해하여 생명 활동에 사용

- 1몰 당 약 7.3kcal 에너지 제공

◇ 참고 웹사이트: https://tv.naver.com/v/5605544

◇ 관련 교과: 생명과학I - 생명 활동과 에너지

* 참고 EBS 강좌

http://www.ebsi.co.kr/ebs/lms/player/retrieveLmsPlayerHtml5.ebs?sbjtId=S20200000069&lessonId=LS000000249768&lecGbn=V1M4&previewYn=Y&useIndexList=Y&playerSelect=html5&pageType=new

- 8분 42초부터 / 용어사전 ATP

ATP의 구조

http://www.ebsi.co.kr/ebs/lms/player/retrieveLmsPlayerHtml5Simple.ebs?medUrl=http://WSTR.ebsi.co.kr/M41M1901/S20190000865/S20190000865_1M4_000000242395.mp4&startTime=871&endTime=1136&pType=2&useVTTime=true

ATP의 이용

http://www.ebsi.co.kr/ebs/lms/player/retrieveLmsPlayerHtml5Simple.ebs?medUrl=http://WSTR.ebsi.co.kr/M41M1901/S20190000865/S20190000865_1M4_000000242395.mp4&startTime=1136&endTime=1432&pType=2&useVTTime=true