[청소년 과학교실] 종이컵에 물 끓이기

종이컵에 담은 물을 끓여보자.

◇ 준비물=코팅하지 않은 종이컵 또는 A4 용지로 접은 종이컵, 알콜 램프(양초), 스탠드, 집게

◇ 실험=종이컵을 스탠드에 올려 놓고 집게로 고정한 뒤 물을 종이컵에 반 정도 채운다. 종이컵에 물이 충분히 적셔질 때까지 기다렸다가 알콜 램프나 양초로 종이컵을 가열한다.

◇ 의문점

▶종이가 타지 않는 이유는 무엇일까?

답=물의 끓는점(1백℃)이 종이(4백~4백50℃)보다 낮으므로 열이 물을 끓이는데 소비됐기 때문이다.

▶불꽃의 열은 어디로 갈까?

답=모든 물이 증발 할 때까지 물을 끓이는데 사용되고 나중에 종이로 열이 간다.

▶물의 끓는 점과 종이에 불이 붙는 온도 중 어느것이 높은가?

답=물이 먼저 끓고 나중에 종이가 타므로 종이가 높다고 추정할 수 있다.

◇ 해설=고체상태의 얼음에 열을 가하면 액체상태인 물이 되고 여기에 다시 열을 가하면 기체 상태인 수증기로 된다.

이것을 역으로 수증기의 열을 뺏으면(냉각시키면) 물이 되고 다시 물의 열을 뺏으면 얼음이 된다. 이처럼 물을 가열하면 1백℃에서 끓으며 액체에서 기체로 기화할 때 기화열이 필요하다. 불꽃의 열은 기화열로 쓰인다.

그러나 일반적으로 나무의 발화온도가 4백~4백50℃이며, 종이는 대부분 나무를 원료로 하는 펄프이므로 물이 끓는 온도보다 높다.

그러므로 종이컵에 가해지는 열은 먼저 물을 끓이는데 소비되며, 이런 현상은 물이 완전히 수증기로 증발될 때까지 계속된다. 물이 완전히 증발할 때까지 물에 열이 가해지므로 물이 있는 한 종이컵은 타지 않는다.

한국표준과학연구원 물리표준부 이상현 박사