수은이나 알코올 온도계로 온도를 측정하는 원리는 온도 변화에 따른 액체의 열팽창인데요. 액체 열팽창과 온도 측정에 대해 설명 부탁드립니다.

Question

수은이나 알코올 온도계로 온도를 측정하는 원리는 온도 변화에 따른 액체의 열팽창인데요. 액체 열팽창과 온도 측정에 대해 설명 부탁드립니다.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

액체 온도계는 온도가 올라갈 때 유체의 분자 운동이 활발해지며 부피가 증가하는 열팽창 현상을 미세한 유리관 속 높이 변화로 나타나고, 이를 측정 기구입니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.

온도계 하단 구부에 저장된 대용량 액체가 팽창할 때, 단면적이 매우 좁은 모세관으로 유입되면 눈에 보이는 기둥 높이 변화량을 높이로 변환되어 미세한 온도 변화도 눈금으로 정밀하게 읽을 수 있게 됩니다. 가열 시 온도계 틀인 유리도 함께 팽창하지만, 액체의 열팽창 계수가 고체인 유리의 팽창 계수보다 훨씬 크기 때문에 액면이 위로 상승합니다.

수은 온도계는 온도 변화에 따른 팽창률 변화가 매우 선형적이며 고온 측정에 유리하고, 금속의 높은 열전도율 덕분에 열평형 전환이 빠름니다. 다만, 파손 시 수은 중독 위험으로 인해 요즘은 사용을 제한하고 있습니다. 알코올 온도계는 수은보다 열팽창 계수가 약 6배 커서 미세 온도 변화에 민감하며 극저온 지역 측정에 유립합니다. 또한 수은 대비 열전도율인 낮아 반응 속도가 상대적으로 느리며, 비독성이며 가격이 저렴하여 일상 환경 측정용으로 광범위하게 활용되고 있습니다.