화학 · 열화학 / 원리와 탐구
가열 곡선과 상태 변화 실험 해설
가열 중 온도가 일정하게 유지되어도 에너지가 공급되지 않는 것은 아닙니다. 물의 질량·가열 출력·투입 열량을 바꾸며 얼음의 가열부터 상태 변화까지 살펴보세요. 온도 상승에 쓰인 열과 융해·기화에 쓰인 잠열을 구분하는 가열 곡선 실험입니다.
어떤 원리인가요?
수평 구간은 열이 없어지는 구간이 아니라 상태 변화에 쓰이는 구간이에요.
핵심 관계
Q = mcΔT · Q융해 = mLf · Q기화 = mLv
이렇게 관찰해 보세요
- −20 °C 얼음에서 시작해 열을 넣어요. 목표 열량은 120 °C까지로 제한해요. 시간은 목표 열량/출력으로 계산하고 10 s에 배속 재생해요.
- 전체 309.4 kJ와 융해 중 20 kJ를 각각 기록해요. 온도와 상태 비율을 확인해요.
- 질량만 200 g으로 바꾸거나 출력만 1000 W로 바꿔요. 출력은 같은 열량에서 도달 온도 대신 걸리는 시간을 바꿔요.
결과를 읽는 기준
가열 곡선의 100 °C 수평 구간에서 투입 열은 어디에 쓰일까요?
잠열 구간에서는 상태 비율이 바뀌고 온도는 일정해요. 기화가 끝나면 수증기 온도가 다시 올라요.
모형의 범위와 한계
출처: 표준 물성값(교육용 반올림값)이에요. 물 1종, 일정 압력 1 atm이며 c얼음=2.09, c물=4.18, c수증기=2.01 J/(g·K), 융해열 334 J/g, 기화열 2260 J/g를 써요. 비열 일정·열손실 없음이며 수증기도 계 안에 남아요. 실제 압력 변화·과열·과냉각·증발 손실은 생략해요. 입자 간격은 모식도예요.