양초 과학

[박대선]

양초 과학을 읽었다. 촛물이 심지로 올라와서 타고 그 열이 초를 녹이는 것이 양초의 원리다. 우선 중력을 거슬려 심지를 타고 올라오는 것은 모세관현상이다. 모세관현상은 가는 관이 액체속에 세워졌을 때 관내수면이 관외보다 높아지는 현상이다. 관의 바닥수위에서의 수압은 동일하다. 그리고 관내에 가해지는 중력은 부피에 비례한다. 수압으로 작용하는 힘은 관면적을 곱해서 계산되므로 관면적이 작으면 작아지나 중력은 관내부피에 비례하여 작아지므로 관면적이 작을 수록 수압으로 인한 힘이 중력보다 높아지기에 수위도 올라간다는 것이 나의 생각이다. 

저자는 이를 표면장력으로 설명한다. 표면장력은 단위면적당 힘으로 정의되는 압력과 다르데 단위면적당 에너지 혹은 단위길이당 힘으로 정의된다. 물체내부의 입자는 팔방으로 부터 당겨지는 장력을 받아 평형을 유지하지만 수면의 경우 상부로부터의 장력이 없다. 그래서 하부로 당겨질 것으로 나는 생각하는데 여기에 내가 몰랐던 물체가 내부에너지를 최소화하려는 경향이 추가된다. 그래서 같은 부피의 경우 표면이 최소가 되려는 경향이 있기에 물이 방울지게 된다. 겨울에 비만인 사람이 추위를 덜 타는 이유는 발열은 체적에 비례하나 열손실은 면적에 따르기 때문이다. 이는 반대로 더운 여름에는 불리하다. 

구글해 찾아보니 물의 경우 물분자만 있는 수중, 공기분자와 물분자가 접하는 수면은 물론 물분자와 용기분자가 접하는 접면까지 세개의 계면이 있다. 계면의 당기는 힘과 물분자(혹은 다른 액체분자도 상관없다)의 힘을 비교해서 두배 이상차이가 나면 접면이 올라가거나 내려간다. 물은 수소이온으로 극력이 발생해 상당히 당기는 힘이 높아 올라가고 수은과 같은 경우는 내려간다는데 매체와 용기간의 관계도 작용한다. 즉 물도 유리병에 있으면 올라가지만 유리병이 왁스와 같이 물을 당기지 않는 소재로 칠해져있다면 수은처럼 내려간다. 즉 표면장력은 수평으로 상쇄되나 아래방향의 장력은 용기방향의 힘과의 합이 되게 작용한다. 10

물은 4도에서 밀도가 가장 크다. 얼거나 가열되면 부피가 증가한다. 그래서 이를 활용해서 파괴하기도 한다. 얼면 10%가 증가하고 증기가되면 1000배이상이 된다. 이를 활용한 것이 증기기관이다. 24 공기를 물어 넣고 흔들면 산소는 용해되나 질소는 남는다. 물에 녹지않기 때문이다. 산소와 반대로 연소를 시키지 않고 꺼버리는 성질이 있다. 38

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1. 한 자루의 양초; 그 불꽃/원료/구조/운동/밝기
2. 한 자루의 양초; 그 불꽃의 밝기/연소에 필요한 공기, 물의생성
3. 연소의 생성물; 연소로부터 생성되는 물/물의 성질/화합물/수소

4. 양초 속의 수소; 연소에 의한 물의생성/물의 또 하나의 성분/산소
5. 공기중에 존재하는 산소, 여러 가지 대기의 성질
맺는 말; 탄소, 즉 숯/석탄가스/호흡/호흡과 양초연소의 닮은점
해설