학문
때론개방적인여행가
과학적 원리가 궁금한 부분이 있어 글 남깁니다
과학적으로 건전지와 껌은박지 그리고 샤프심이 있다면 순간적으로 열이 오르면서 불이 날 수 있고 빛이 나기도 하고 샤프심이 타거나 끊어지면서 뜨거워지기도 하더라고요
구체적인 원리가 궁금하고요
이런 원리가 적용된 실생활 물품도 궁금합니다!!
또 이처럼 간단한 실험들로 입증 가능한 여러 과학 실험 종류드롣 소개해 주시면 좋을 것 같습니다!
6개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
건전지와 껌의 은박지랑 샤프심으로 불이 나는 원리는 단락에 의해서 발생하는 강한 전류가 흐르게 되는데 그때 발생하는 줄열 때문입니다. 전지의 양극의 도체를 연결하면은 전류가 폭증을 합니다. 이때 은박지에 좁은 목 부분이나 저항을 가진 샤프심의 전기 에너지가 몰리게 되죠. 그 순간 고열이 발생하면서 불이 붙거나 빛을 내는 현상이 되겠습니다.
그리고 이 줄열의 원리를 이용하면은 실생활에서 볼 수 있는 전기 장판과 헤어 드라이어 같은 전열 기구 등이 있겠습니다. 특히 백열 전구는 좁은 텅스텐 필라멘트에 전류가 흐르게 되고 고열과 빛을 얻는 샤프심 실험이랑 가장 유사한 사례입니다.
그리고 이 간단한 실험으로는 산화 환원 반응을 볼 수 있는 레몬 전지 만들기가 있을 거고 밀도랑 부력을 확인하는 발포점 라바 램프가 있겠네요. 그리고 계면 활성제의 원리를 이용하면은 우유의 표면 장력을 실험할 수 있는 사례들을 들 수가 있겠습니다.
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채택된 답변안녕하세요. 설효훈 전문가입니다. 원리는 전류가 흐르면 저항에 의해서 에너지 손실이 발생되는데 그 손실되는 에너지가 발산되는게 빛또는 열입니다. 그래서 건전지에 껌은박지를 올리면 전류가 흘러서 열이 발생되고 발화점이상되어서 불이피워지고 샤프심은 열과 빛이 나서 그런것입니다. 열풍기도 그런원리이고 드라이기도 그런원이 입니다.
안녕하세요. 설재훈 전문가입니다. 결국 둘다 전기저항 때문에 생기는 발열과 관계가 있습니다.
건전지와 껌 은박지, 샤프심을 연결하면 건전지의 전압 때문에 큰 전류가 흐를 수 있습니다. 특히 은박지는 저항이 매우 낮기 때문에 전류가 많이 흐르고, 샤프심처럼 상대적으로 저항이 높은 부분에서는 전기에너지가 열에너지로 많이 바뀝니다. 이때 발생하는 전류가 커지면 발열이 급격하게 증가합니다.
샤프심은 주로 흑연과 점토로 되어 있어서 전류가 흐를 수 있는데, 가늘고 저항이 있는 부분에 전류가 집중되면 순간적으로 매우 뜨거워집니다. 온도가 충분히 올라가면 샤프심이 붉게 빛나는 백열 현상이 나타날 수도 있고, 주변의 종이나 껌 포장지 같은 가연물이 있으면 불이 붙을 수도 있습니다.
이 원리는 생각보다 실생활에 많이 활용됩니다. 전기히터나 토스터의 발열선, 전기장판, 헤어드라이어의 열선, 전구의 필라멘트 등이 대표적입니다. 모두 전류를 저항이 있는 물질에 흘려서 전기에너지를 열로 바꾸는 원리를 이용합니다.
안녕하세요. 박재화 전문가입니다.
건전지의 양극과 음극이 금속으로 거의 바로 연결되면 저항이 매우 작아져 순간적으로 큰 전류가 흐르고, 그 과정에서 전기에너지가 열로 바뀌게 됩니다.
껌 은박지나 샤프심처럼 가늘고 전기가 통하는 물질들은 같은 전류가 지나가도 특정 부분들이 빠르게 뜨거워져 빛이 나거나 타고 끊어질 수 있습니다. 이 원리는 실생활에서 보면 전기난로, 토스트기, 헤어드라이어의 열선처럼 전류를 흘려 일부러 열을 만드는 제품들에 활용됩니다.
그리고 퓨즈도 비슷한 원리인데, 너무 큰 전류가 흐르면 내부의 가는 금속선이 녹아 회로를 끊어 기기를 보호합니다. 간ㄷ나하고 안전한 실험으로는 건전지와 LED로 회로 만들기, 코일과 못으로 전자석 만들기, 풍선으로 정전기 확인하는 그런 것들이 좋을 것 같네요.
다만 건전지를 금속으로 직접 연결하거나 불이 날 정도로 가열하는 실험들은 안전상에 위험성이 따르기 때문에 직접 안하시는 것을 추천드립니다.
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
전기가 저항을 만나면 열이 난다는 게 말씀하신 현상들의 공통 원리예요.
껌 은박지는 안쪽에 알루미늄 막이 얇게 붙어 있어서 전기가 통해요. 이걸 가운데가 좁아지게 오려서 건전지 양극에 대면, 좁은 부분에 전류가 몰려요. 통로가 좁으면 저항이 커지고, 저항이 있는 곳에 전류가 흐르면 열이 나요. 알루미늄이 얇으니 순식간에 발화점까지 올라가 불이 붙는 거예요. 그러니까 이건 사실 배터리를 합선시키는 상황이라 배터리도 함께 뜨거워지고, 리튬 배터리로 하면 폭발할 수 있어서 절대 하시면 안 돼요.
샤프심은 흑연이라 전기가 통하는데 금속보다 저항이 훨씬 커요. 그래서 전류가 흐르면 심 전체가 달아올라 주황빛으로 빛나요. 이게 백열전구와 같은 원리예요. 다만 공기 중에서는 뜨거워진 흑연이 산소와 반응해 타버리기 때문에 금방 끊어지는데, 실제 백열전구가 유리구 안을 진공이나 아르곤으로 채우는 게 이 산화를 막으려는 거예요.
실생활 물품은 이 원리를 그대로 쓰는 것들이에요. 전기난로와 헤어드라이어, 전기밥솥의 열선, 토스터의 붉은 코일, 전기장판이 저항 발열을 쓰고요. 반대로 이 열을 안전장치로 쓰는 것도 있어요. 퓨즈는 일부러 가늘게 만든 금속이라 전류가 과하면 그 자리가 먼저 녹아 끊어지면서 회로를 보호해요. 은박지 실험과 정확히 같은 구조인데 목적만 다른 거예요.
간단한 실험으로 확인할 수 있는 것들도 몇 가지 소개드릴게요. 건전지와 구리선, 네오디뮴 자석으로 만드는 호모폴라 모터는 전류와 자기장이 만나 힘이 생기는 걸 눈으로 보여줘요. 레몬이나 감자에 구리판과 아연판을 꽂아 만드는 과일 전지는 화학 반응이 전기가 되는 과정을, 종이컵에 코일을 감아 만드는 스피커는 전류가 진동이 되는 과정을 보여주고요. 코일에 자석을 넣었다 뺐다 하며 LED를 켜는 실험은 발전기의 원리 그대로예요.
다만 은박지 실험은 학교에서도 교사 시연으로만 하는 경우가 많아요. 하시게 되면 알칼리 건전지로, 젖은 수건 위에서, 가연물 없는 곳에서 아주 짧게만 하시고 리튬 배터리와 보조배터리는 절대 쓰지 마세요 :)
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
건전지 껌은박지 샤프심을 이용해 순식간에 불꽃이나 열이 발생하는 현상은 전기 저항에 의한 발열과 열복사 원리로 설명됩니다. 회로가 연결되면 건전지의 화학 에너지가 전자에 의해 도선으로 흐르는 전기 에너지로 전환되며 이때 전기 저항이 매우 높은 샤프심이나 폭이 좁아진 껌은박지지점을 전자가 통과하면서 심한 병목 현상이 발생하여 극심한 마찰열이 일어납니다 이 열이 급격히 상승해 수백 도에 이르면 물질이 붉거나 붉노랗게 빛을 내며 밝게 타오르거나 도선 자체가 버티지 못하고 끊어지며 종이나 인화 물질에 불이 붙게 되는 것입니다 이러한 줄열 원리는 전기를 이용해 온도를 올리는 실생활의 다양한 가전제품에 직접적으로 적용되어 사용되고 있습니다. 대표적으로 겨울철 온기를 제공하는 전기장판과 전기히터 물을 빠르게 끓여주는 전기포트 젖은 머리를 말리는 헤어드라이 빵을 노릇하게 구워내는 토스터그리고 비닐 봉지를 열로 접착해 밀봉하는 비닐 접착기 등이 내부의 저항선을 통해 열을 발생시키는 동일한 원리를 사용 합니다