온도와 열 - 초등학교 5학년 1학기 과학(2단원)

초등학교 5학년 1학기 과학 2단원 - 온도와 열

첫째와 함께하는 과학시간은 늘 즐겁습니다. 교과과정에 그치지 않고, 관련된 이야기들을 이것 저것 해 주어도, 집중해서 들어주거든요. 참 운이 좋은 아빠입니다. 과학공부는 오투 문제집을 활용하고 있습니다.

 

2단원. 온도와 열

1. 차갑거나 따듯한 정도를 표현하는 방법

차갑거나 따뜻한 정도를 말로만 쓸 때의 불편함 점을 통해, "온도"를 사용해야 하는 이유를 설명해줍니다.

늘 강조하는 것은 용어의 정의를 정확하게 알아야 한다는 점입니다.

 

온도 : 물질의 차갑거나 따뜻한 정도를 숫자에 단위 ºC(섭씨도)를 붙여 나타낸 것

 

온도의 정의와 함께 온도를 사용하면 좋은 점은 "물질의 차갑거나 따뜻한 정도를 정확하게 나타낼 수 있다"는 것을 스스로 설명하도록 유도했습니다.(학교에서 잘 배워 왔더라구요)

 

2. 온도계의 사용법

온도계 : 온도를 측정할 때 사용하는 도구

온도계의 종류 : 귀 체온계, 적외선 온도계, 알코올 온도계

 

제가 초등학교를 다닐 때만 해도 "수은"온도계로 배웠던 것 같은데, 수은 온도계는 온도계의 종류에도 포함되지 않아 찾아보니, 2015년 부터 수입 및 제조가 완전히 금지되었더군요. 과학 실험 시간에 수은 온도계를 깨먹은 친구가 있었는데, 선생님께 무척 혼났던 기억이 있습니다. 하긴 이전 부터 전자 온도계르 많이 전환되기도 했고, 코로나 이후에는 대부분 적외선 온도계를 체온 측정에 이용하는 추세이긴 하죠.

 

예전에는 수은 온도계를 그 정확성(알코올 온도계 대비) 때문에 주로 사용하였으나, 수은의 인체 유해성 때문에 더 이상 사용하지 않는다고 알려주면서, 1900년대 초 방사선에 대한 개념이 없었던 시기에 라듐(방사설 물질)을 이용한 화장품이나 치약 등에 사용했었다고 말해주니, 큰 관심을 보였습니다. 덕분에 퀴리부인(마리 퀴리) 이야기까지 넘어가서, 라듐을 발견한 것이 마리 퀴리이고, 노벨상(물리학상, 화학상)을 수상한 위대한 과학자에 대한 가벼운 설명과, 방사능 노출에 의해 1934년에 스위스에 있는 요양소에 입원하여 그 해 7월 4일 과도한 방사선 노출로 인한 골수암, 백혈병, 재생불량성빈혈이 겹쳐 67세의 나이로 사망하여 파리 외곽에 있는 남편 묘 옆에 나란히 묻혔고, 라듐을 발견했던 순간의 감동을 기록한 마리 퀴리의 논문을 기록한 연구노트는 현재 프랑스 국립도서관에 보관중이며, 100여년이 지난 지금도 방사선을 방출하고 있어서 함부로 손으로 만질 수도 없는 상태라는 것을 이야기 해 주었어요.(이런 이야기를 해 주면 너무너무 좋아합니다)

 

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3. 온도가 다른 두 물질이 접촉할 때 물질의 온도 변화

열의 이동 : 접촉한 두 물질 사이에서 열은 온도가 높은 물질에서 낮은 물질로 이동

 

이와 관련해서는 뜨거운 물질이 온도가 낮아지는 것에 대해서는 접근이 쉽습니다. 

다만, "얼음 위에 생선을 올려놓을 때" 열의 이동 방향에 대해서 정확하게 설명해 주는 것이 필요하다고 생각해요.

두 물질을 비교했을 때, 열은 항상 온도가 높은 물질에서 낮은 물질로 이동하므로, 생선에서 얼음으로 열이 이동한다고 설명해 주었습니다. 결국에는 열평형 상태(thermal equilibrium state)가 된다는 것 까지요.

 

4. 고체에서의 열의 이동

전도 : 고체에서 열이 온도가 높은 곳에서 온도가 낮은 곳으로 고체 물질을 따라 이동하는 방법

 

이런 건 실험을 통해서 배우면 좋은데, 학교를 1주일에 두 번만 가고 있어서, 학교에서 실험을 못해보는 것이 아쉽습니다. 실험키트를 구해볼까 진지하게 고민 중에 있습니다.

 

5. 고체 물질의 종류에 따라 열이 이동하는 빠르기 비교

고체 물질의 종류에 따라 열이 이동하는 빠르기 비교

이 부분은 실제 교과서에 나오는 물질(예 구리, 유리, 철) 기준으로만 설명했습니다. 이미 잘 알고 있더라구요. :)

 

단열 : 두 물질 사이에서 열의 이동을 줄이는 것

단열 실험 키트를 받아와서 스스로 열심히 실험을 했는데, 안타깝게도 온도계가 불량이었습니다. 

과학적 마인드로 실제로 온도를 5분 단위로 측정하는 것을 기특하게 보고 있었는데, 실내 상온 온도가 -10ºC로 나오고 있는 온도계였어요. 아쉽습니다. 

 

6. 액체에서 열의 이동

대류 : 액체에서 온도가 높아진 물질이 위로 올라가고, 위에 있던 물질이 아래로 밀려 내려오는 과정

 

학교에서 대류 실험은 진행했다고 합니다. 실험을 통해서 인지한 내용은 정말로 기억이 오래 가는 것 같습니다. 저도 이 실험을 했던 기억이 아직도 생생합니다. 대류의 정의를 스스로 말해 보도록 했습니다.

 

7. 기체에서 열의 이동

대류 : 온도가 높은 물체 주변의 공기는 가열되어 온도가 높아서 위로 올라가고, 위에 있던 공기는 아래로 밀려 내려오는 과정

 

알코올 램프 실험과 관련하여, 비누방울이 위로 올라가는 이유에 대해서 물어보고 확인하고, 생활 속 적용에 대하여 함께 이야기 나누었습니다.

 

이왕 전도와 대류가 나온김에 복사까지 설명해 주었습니다.

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전도(Heat Conduction) : 정지상태에 있는 고체 물체가 위치의 변화 없이 단순히 온도차에 의해서만 열이 전달되는 현상

대류(Heat Converction) : 공기나 물과 같이 기체 및 유체를 통해 열이 전달되는 현상

복사(Heat Radiation) : 전자기파 형식으로 열이 전달되는 현상. 예를 들어 겨울철 햇빛이 뜨겁게 내리쬐는 곳에 있으면 따뜻한 현상이 나타나는 방식. 또 다른 예로 태양에서 방출되는 열이 지구로 전달되는 현상

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온도와 열 단원은 나중에 우리를 많이 괴롭히게 되는 열역학의 기초가 되는 내용이라, 최대한 관심을 가지게 하고 싶어요. 아무래도 실험 키트를 구하게 되지 않을까 싶습니다. 초등학교 입학하기 전에 홈스쿨용 실험 키드로 매 주말 무척 재미있게 실험을 진행했던 기억이 있습니다. 5년이 지난 지금도 한번 씩 그 때 했던 실험관련 이야기를 하고 있어요.

 

지식을 문자나 설명으로만 전달하는 것을 넘어, 실제 실험을 통해 오감을 통해서 인지하게 하고 싶어요.

이번 주에는 실험키트를 잘 찾아봐야 겠네요. :)