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과냉각 이란? 과냉각 실험

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by

근우 이

on 23 September 2015

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Transcript of 과냉각 이란? 과냉각 실험

액체가 어는점 이하의 상태에서도 액체 상태로 있는 현상이다.

과냉각 현상이 발생하는 이유?
액체가 너무 빨리 냉각되면 분자들이 얼음 구조를 만들지 못하게 되는 경우가 있는데, 이 상태는 매우 불안정하여 외부의 충격으로 쉽게 고체로 상태 변화한다.
과냉각 상태
실험 과정
준비물
실험 준비물&과정
과냉각 이란? 과냉각 실험
과냉각 이란?
수조/ 비커2개/ 얼음/ 온도계/ 자/ 전자저울/ 소금/ 고무찰흙
1.
수조에 미리 얼려두었던 얼음을 넣고 소금을 뿌린 후
물이 담긴 비커 2개를 얼음 사이로 넣는다.
2.
물의 온도가 영하로 내려갈때까지 기다린다.(-1.8도)
3.
고무찰흙을 1.0g 으로 만든뒤
15,20,25cm 등등 정해놓은 높이에서
떨어뜨린다.
15,20,25 cm 그 이상도 과냉각 반응이 발생하지 않았고,
43cm 에서 부터 과냉각 반응이 발생했다.
(오른쪽 비커 2개 모두 43cm에서 고무찰흙을 떨어뜨려 과냉각 반응이 일어남)
4.
1.탐구 주제
위치에너지에 따른 과냉각 실험의 응용
2.탐구 동기
유투브에서 콜라를 얼려 슬러쉬를 만드는 영상을 보고 과냉각 현상이 궁금하였다.
출처:구글 이미지
3.탐구 내용
물질에는 각각 그 때의 온도에 따라 안정 상태가 있어서, 온도를 서서히 변화시키면 이에 따라 그 물질의 안정 상태도 변화하게 된다. 그러나
온도가 갑자기 변하면,
구성 원자가 각 온도에 따른 안정 상태로 변화할 만한 여유가 없어,
출발점 온도에서의 안정 상태를 그대로 지니거나,
일부분이
종점 온도에서의 상태로 변화하다가 마는 현상이 일어난다.
즉, 온도 T를 경계로 하여 그 이상에서는 다른 결정형의 고체가 되거나 또는 녹아서 액체가 되는 변화가 있는 경우, 그 물질을 T이상의 온도에서는 여전히 액체인 채로 있거나, 안정한 결정형인 채로 있는 현상이 일어나게 된다.
이러한 상태를 과냉각 이라고 하는데, 지나치게 빨리 냉각했다는 뜻이다.
이를 응용하여 높이에 따른 충격을 주었을 때 나타나는 반응을 관찰해본다.
4. 탐구 방법
4.탐구 방법
수조에 얼음과 소금을 뿌린 후 물이 담긴 비커를 넣어둔 뒤, 비커 안의 물의 온도가 영하가 되면 고무 찰흙을 각기 다른 높이에서 떨어뜨려본다. 이때 떨어뜨리는 고무찰흙의 무게는 1.0g으로 통일하여 질량에 따른 변화를 없앤다.
5.탐구 결과
15,20 cm에서는 아무런 반응이 없었다. 그러나 43cm에서 떨어뜨리자 겉부터 안쪽으로 모이듯이 물이 어는 것을 발견하였다. 수조 바닥을 기준으로 15cm 나 20cm은 물이 얼 정도의 충격을 주지는 못했다고 생각한다.
따라서 위 실험에서는 Mgh(위치 에너지 공식) 9.8X 0.001X 0.43=0.004214kgf(킬로그램 포스파워) 의 충격으로 과냉각 현상이 발생하였다.
6.알게 된 점
고무 찰흙, 즉 충격이 과냉각 상태에 어떤 영향을 주는지 조사해 보았을 때,
이 충격은 물질의 상태를 액체에서 기체나 고체로 바뀌기 위해서는 그 변화가 시작되는 출발점 역할을 한다는 걸 알았다.
고무찰흙 이외에도 충격을 줄 수 있는 것이라면 과냉각 반응을 일으킬 수 있다. 과냉각 상태에서는 영하에서 분자의 배열이 바뀌지 않아 얼지 않는 것 인데,
충격을 주게 되면 분자의 배열이 흐트러지면서 고체상태로 변화한다.
이때, 너무 급속히 냉각되어 어는점을 지나쳐버리면 영하의 상태에서도 액체상태로 보존되지만, 이 상태에서 충격이 주어지면
온도가 올라가서 어는점에 도달하게 된다.
창의 프로젝트
ICON

(
김다은, 이근우, 서인주, 박진주
)

마지막 으로 과냉각의 예시로는 "얼음 비" 현상이 있는데 이는 비가 과냉각 상태로 내려 지면이나 물체에 닿자마자 바로 얼어 버리는 현상이다.
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