베르누이 원리와 베르누이 방정식에 관한 글
오토바이를 탈 때 입는 옷이 뒤로 부풀어 오릅니다. 때로는 바람이 세게 불면 문이 저절로 닫히기도 합니다. 바람은 집 밖으로 불지만 문은 집 안에 있는데 말이죠.
이는 베르누이 원리를 이용하여 설명할 수 있습니다. 다니엘 베르누이(1700-1782)는 위의 현상을 설명하는 데 사용할 수 있는 원리를 발견했습니다.
베르누이의 원리
연속 방정식
연속 방정식에 관한 기사
수도꼭지를 천천히 열면서 나오는 물의 속도를 관찰해 보세요. 이제 수도꼭지를 닫았을 때와 열었을 때 물의 흐름 속도가 어느 쪽이 더 빠른지 비교해 보세요. 그 이유는 무엇일까요? 이를 이해하려면 연속 방정식에 대해 알아보세요.
스트림라인 재융자
일정한 흐름에서 유체 입자는 A 지점에서 항상 같은 속도를 유지합니다. B 지점을 지날 때 유체 입자의 속도는 변할 수 있지만, B 지점에 도달하면 뒤에서 오는 유체 입자는 앞에서 오는 유체 입자와 같은 속도로 흐릅니다. C 지점에 도달할 때도 마찬가지입니다. 유선은 A, B, C 지점을 연결하는 곡선입니다.
흑인 원칙
1. 흑인 원칙의 정의
개방된 용기(예를 들어 양동이)에 뜨거운 물과 차가운 물을 섞으면 뜨거운 물에서 차가운 물로 열이 이동합니다. 용기가 열려 있기 때문에 일부 열은 공기 중으로 빠져나가고 용기 내부도 따뜻해집니다. 뜨거운 물에서 방출된 열은 차가운 물뿐만 아니라 대기와 용기 자체에도 흡수됩니다. 따라서 이 경우 양동이는 비단열계입니다. 밀폐된 보온병에 뜨거운 물과 차가운 물을 섞으면 뜨거운 물에서 차가운 물로 열이 이동합니다. 보온병은 고립계이므로 열이 공기나 보온병 내부로 이동하지 않습니다. 차가운 물은 뜨거운 물에서 방출된 열만 흡수하여 뜨거운 물과 차가운 물의 혼합물이 열평형 상태에 도달할 때까지 열을 유지합니다.
복사에 의한 열 전달
1. 복사에 의한 열전달의 정의
더운 날 검은 옷을 입거나 낮에 운동할 때 어떤 느낌이 드나요? 흰 옷을 입었을 때와 비교해 보세요. 낮에 검은 옷을 입으면 덥게 느껴지죠. 왜 그럴까요? 아침에 태양과 지구 사이의 거리는 낮과 저녁에 태양과 지구 사이의 거리와 거의 같습니다. 그렇다면 왜 아침과 저녁에는 시원하고 낮에는 더울까요? 이 질문에 대한 답은 복사열 전달과 관련이 있습니다.
대류에 의한 열 전달
대류에 의한 열 전달에 관한 기사
맑은 날 해변에 가본 적 있으세요? 맑은 날 해변에는 항상 바다에서 바람이 불어옵니다. 해변에는 왜 항상 바람이 불까요? 낮에는 해풍(바다에서 육지로 부는 바람)이, 밤에는 육풍(육지에서 바다로 부는 바람)이 부는 이유는 무엇일까요? 우기에는 왜 구름이 산비탈까지 내려올까요? 바람은 왜 시원하게 느껴질까요? 이러한 질문에 대한 답은 육지와 바다의 비열, 팽창, 밀도, 그리고 대류에 의한 열 전달과 관련이 있습니다!
전도에 의한 열 전달
1. 전도에 의한 열전달의 정의
나무 의자에 앉으면 의자 표면이 따뜻해집니다. 반대로 플라스틱이나 금속 의자에 앉으면 앉은 후에도 표면이 따뜻해지지 않습니다. 왜 나무 의자 표면은 따뜻해지고 금속 의자 표면은 그렇지 않을까요? 매트리스 없이 차가운 바닥에서 자면 왜 통증이 생길까요? 방한 재킷을 입어본 적이 있나요? 왜 대부분의 방한 재킷은 양모로 만들어질까요? 전도에 의한 열 전달이라는 주제에 대해서는 여전히 생각해 보고 질문할 것들이 많습니다.
잠열, 비열 및 열용량
잠열, 비열 및 열용량에 관한 기사
찬물과 얼음이 섞인 용기에 수은 온도계를 넣으면, 수은의 표면이 아래로 내려간 후 움직임을 멈추는 것을 볼 수 있습니다. 수은 표면이 움직임을 멈추는 것은 물의 어는점(0℃)에 도달했기 때문입니다 . 만약 용기가 열려 있다면, 높은 온도의 공기에서 찬물과 얼음 혼합물로 열이 전달됩니다. 공기에서 전달되는 열로 인해 얼음이 녹습니다. 얼음이 녹는 동안 찬물과 얼음 혼합물의 온도는 변할까요? 얼음이 녹는 동안에는 얼음과 얼음 혼합물의 온도는 변하지 않습니다.
열의 정의, 열의 역학적 등가, 열 방정식
본문 열의 정의 열의 기계적 등가 열 방정식
1. 열의 정의
온도가 다른 물체들이 서로 접촉하면 고온의 물체에서 저온의 물체로 열이 전달됩니다. 접촉한 물체들의 온도가 같아지면 열 전달은 멈춥니다. 예를 들어, 뜨거운 물과 찬물을 섞으면 열은 보통 뜨거운 물에서 찬물로 이동합니다. 뜨거운 다리미를 찬물에 넣으면 열이 다리미에서 물로 이동합니다. 다리미와 물의 온도가 같아지면 열의 흐름은 멈춥니다. 간호사가 체온계를 몸에 부착할 때도 열은 체온에서 체온으로 이동합니다.
4°C 이하 물의 이상 행동
4°C 이하 물의 이상 행동에 관한 기사
모든 물체는 온도가 올라가면 팽창하고(부피가 증가함) 온도가 내려가면 수축합니다(부피가 감소함). 물도 온도가 올라가면 팽창하고 온도가 내려가면 수축하지만, 0℃에서 4℃ 사이에서는 그렇지 않습니다. 0 ℃ 에서 4℃ 사이에서는 온도가 올라갈수록 물의 부피가 줄어듭니다(물이 수축함). 0 ℃ 의 물을 가열하면 온도가 올라가고 부피는 줄어듭니다. 이러한 수축 과정은 물의 온도가 4℃에 도달하면 멈춥니다. 4 ℃ 이상에서는 온도가 올라갈수록 물의 부피가 증가합니다. 오히려 4 ℃ 에서 0℃로 온도 가 내려갈 때는 물이 팽창합니다(물의 부피가 증가함).
선형 확장
대부분의 고체는 온도가 변하면 선팽창을 합니다. 선팽창이란 물체의 길이가 늘어나거나 줄어드는 것을 말합니다. 일반적으로 온도가 올라가면 물체의 길이가 늘어나고, 온도가 내려가면 길이가 줄어듭니다. 선팽창은 가는 전선과 같은 물체에서만 일어난다고 생각할 수도 있습니다. 예를 들어, 길가에 주차되어 햇볕에 노출된 자동차를 생각해 보세요. 자동차가 과열되면 철판이 두꺼워지거나 길이가 늘어날 수 있습니다. 아연으로 만든 집의 지붕도 팽창할 수 있습니다. 아연이 과열되면 가장자리의 폭이 넓어지고 두께도 늘어날 수 있습니다. 철도 레일이나 다리의 철제 구조물에서도 같은 현상이 일어납니다.