1.

◈ Note

열량과 비열

-  -

시험대비 요점정리

03. 비열과 열팽창

중1

과

학

Ⅴ. 열과 우리 생활

학원명          강사명

⑴ 열량 : 온도가 다른 물체 사이에서 이동하는 열의 양 [단위 : kcal, J ]

⑵ 비열 : 어떤 물질 1 kg의 온도를 1 °C 높이는 데 필요한 열량

[단위 : kcal/(kgㆍ°C)]

➡ 비열은 물질마다 다르며, 비열이 큰 물질일수록 온도를 변화시키기 어렵다.

비열([eqn: c]) [eqn: =] [eqn: {열량(Q)} over {질량(m) TIMES 온도~변화( t)}]

(3) 비열에 의한 현상

• 해안 지역은 내륙 지역보다 기온 변화가 작다.

• 외부 온도의 급격한 변화에도 사람의 체온은 일정하게 유지된다.

• 낮에는 모래가 바닷물보다 뜨겁지만, 밤에는 모래가 바닷물보다 차갑다.

• 육지보다 바다의 비열이 크므로 해안 지역에서 해륙풍(해풍과 육풍)이 분다.

▲ 낮에는 해풍이 분다.

▲ 밤에는 육풍이 분다.

2. 열팽창 :

◈ Note

열에 의해 물체의 길이 또는 부피가 증가하는 현상

⑴ 열팽창의 원인 : 열에 의해 물질을 이루는 분자의 운동이 활발해져 분자 사이의 거리가 멀어지기 때문이다.

⑵ 열팽창 정도 : 기체>액체>고체

3. 고체의 열팽창

◈ Note

(1) 물질의 종류에 따라 열팽창 정도가 다르며, 고체의 처음 길이가 길수록, 온도 변화가 클수록 열팽창 정도가 커진다.

(2) 고체의 열팽창의 이용 및 현상

(열팽창 정도 : 놋쇠 > 철)

가열

냉각

• 바이메탈 : 온도에 따라 열팽창 정도가 다른 두 금속을 붙여서 만든 장치로, 온도 변화에 따라 휘어지는 방향이 달라진다.

• 철로 및 다리의 이음새 : 철로 및 다리 이음새의 틈이 여름에는 좁아지고, 겨울에는 넓어진다.

• 전신주의 전선 : 전신주의 전선이 여름에는 늘어지고, 겨울에는 팽팽해진다.

4. 액체의 열팽창

(1) 열에 의해 액체의 부피가 증가하는 현상으로, 액체의 종류에 따라 열팽창 정도가 다르다.

▲ 열팽창 : 알코올>콩기름>글리세린>물

◈ Note

(2) 액체의 열팽창의 이용 및 현상

• 가스관, 송유관 : 중간에 구부러진 부분을 만들어 열팽창에 의한 사고를 예방한다.

• 기름의 주유 : 기온이 높은 낮에는 열팽창으로 기름의 부피가 증가하므로 밤에 주유하는 것이 이득이다.

• 온도계 : 온도 변화에 따라 알코올이나 수은의 부피가 열팽창하는 원리를 이용하여 온도를 측정한다.

• 음료수의 빈 공간 : 음료수의 열팽창으로 뚜껑이 열리는 것을 막기 위해 음료수 병에 음료수를 가득 채우지 않는다.

시험대비 기출문제

03. 비열과 열팽창

중1

과

학

Ⅴ. 열과 우리 생활

이름: 이  름      점수:  점    수

시험에 꼭! 나오는 문제

1. 표는 여러 가지 물질의 비열을 나타낸 것이다.

물질	구리	철	금	은
비열(kcal/(kgㆍ°C))	0.09	0.11	0.03	0.06

이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 비열은 물질 1 kg의 온도가 얼마나 쉽게 변하는가를 나타내는 수치이다.

② 같은 질량에서 금이 가장 쉽게 온도가 올라간다.

③ 은 1 kg을 1 ℃ 올리는데 필요한 열량은 0.06 kcal이다.

④ 철 2 kg을 1 ℃ 올리는데 필요한 열량은 220 kcal이다.

⑤ 같은 열을 가했을 때 금과 구리의 온도 변화가 같다면, 금의 질량은 구리의 3배이다.

2. 질량이 200 g인 어떤 물체에 100 cal의 열을 가하였더니 물체의 온도가 5 °C에서 7 °C로 상승하였다. 외부로 빠져나간 열이 없을 때, 이 물체의 비열은?

① 0.10 kcal/(kgㆍ°C)	② 0.15 kcal/(kgㆍ°C)

③ 0.20 kcal/(kgㆍ°C)	④ 0.25 kcal/(kgㆍ°C)

⑤ 0.50 kcal/(kgㆍ°C)

3. 20 ℃의 물 100 g과 50 ℃의 물 200 g이 섞여서 열평형 상태가 되었다. 이때 열평형 온도는?(단, 외부에서 들어오거나 빠져나간 열은 없고, 물의 비열은 1 kcal/(kgㆍ°C)이다.)

① 20 ℃           ② 30 ℃          ③ 35 ℃

④ 40 ℃           ⑤ 70 ℃

4. 질량이 같고 종류가 다른 물체 A, B를 같은 세기의 불꽃으로 가열하였더니, 물체 A, B의 시간에 따른 온도 변화가 그래프와 같았다.

이에 대한 설명으로 옳은 것은?

① 2분 동안 A가 받은 열량이 B보다 많다.

② 2분 동안 B의 온도 변화는 A보다 크다.

③ 질량이 같으므로 A와 B의 비열은 같다.

④ A의 비열은 B의 비열의 2배이다.

⑤ A보다 B의 비열이 커서 B의 온도가 작게 변한다.

5. 그림은 낮에 해안가에서 바다에서 육지로 해풍이 부는 과정을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 보기에서 모두 고른 것은?

ㄱ. 태양의 열에너지가 복사를 통해 바다와 육지에 전달된다.

ㄴ. 물의 비열이 커서 바다의 온도가 더 천천히 올라간다.

ㄷ. 대류에 의해 온도가 높은 육지의 공기가 상승한다.

ㄹ. 밤이 되면 육지가 바다보다 천천히 식어서 육지에서 바다로 육풍이 분다.

<보기>

① ㄱ, ㄷ	② ㄴ, ㄹ	③ ㄱ, ㄴ, ㄷ

④ ㄱ, ㄷ, ㄹ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ

6. 금속 막대에 열을 가했을 때, 금속 막대 내부 분자들의 움직임에 대한 설명으로 옳은 것은?

① 분자들의 움직임이 둔해진다.

② 분자와 분자 사이의 거리가 가까워진다.

③ 분자의 크기가 커지면서 부피가 증가한다.

④ 분자의 개수가 많아지면서 부피가 증가한다.

⑤ 분자와 분자 사이의 거리가 멀어지면서 부피가 증가한다.

7. 온도가 1 °C 상승할 때마다 길이 1 km당 각각 16 mm, 29 mm 늘어나는 구리와 납을 사용하여 그림과 같은 바이메탈을 만들었다.

이 바이메탈을 가열 또는 냉각할 때, 바이메탈이 휘어지는 방향을 옳게 짝지은 것은?

가열   냉각           가열    냉각

①    A      B       ②    A       C

③    B      B       ④    C       A

⑤    C      B

8. 상온에서 같은 양의 물과 콩기름을 둥근 플라스크에 넣어 뜨거운 물에 넣고 오랫동안 두었더니, 물과 콩기름의 높이가 그림과 같이 변하였다.

물과 콩기름을 비교한 것으로 옳은 것을 보기에서 모두 고른 것은?

ㄱ. 물과 콩기름 모두 분자 운동이 활발해졌다.

ㄴ. 물보다 콩기름의 열팽창 정도가 더 크다.

ㄷ. 물보다 콩기름의 온도가 더 높아졌다.

ㄹ. 물보다 콩기름의 분자 사이의 거리가 처음보다 더 멀어졌다.

<보기>

① ㄱ, ㄷ	② ㄱ, ㄹ	③ ㄱ, ㄴ, ㄹ

④ ㄴ, ㄷ, ㄹ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ

매번 자주! 출제되는 문제

9. 그림과 같이 400 g의 물이 담긴 수조에 100 g의 물이 담긴 비커를 넣고, 각각에 담긴 물의 처음 온도를 측정하였다. 이때 수조의 물은 20 °C, 비커의 물은 80 °C였다.

80 °C

20 °C

이때 비커와 수조의 물의 시간에 따른 온도 변화 그래프로 가장 적당한 것은?

10. 다리를 설치할 때는 다리의 이음새 부분에 그림과 같은 틈을 만들어 두어야 한다.

그 이유를 옳게 설명한 것은?

① 다리 상판의 연결 부분을 표시하기 위하여

② 비가 올 때 물이 잘 빠지도록 하기 위하여

③ 자동차가 멈출 때 마찰력을 크게 하기 위하여

④ 고체의 열팽창에 의해 다리가 휘어지는 것을 예방하기 위하여

⑤ 겨울에 눈 또는 비로 결빙이 생기는 것을 예방하기 위하여

11. 비열과 관련이 없는 현상은?

① 보일러의 냉각제로 물을 사용한다.

② 낮에는 해풍이 불고 밤에는 육풍이 분다.

③ 인체는 대부분이 물이라 체온 변화가 작다.

④ 전깃줄은 여름에 늘어지고, 겨울에는 팽팽해진다.

⑤ 해안가에 있는 도시는 여름에 시원하고 겨울에 따뜻하다.

12. 그림과 같이 길이 팽창 실험 기구에 같은 길이의 구리, 철, 알루미늄 막대 걸고, 세 막대의 중앙을 알코올램프로 가열하였다. 이때 열팽창 정도는 알루미늄>구리>철 순으로 컸다.

이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 세 금속 막대 모두 길이가 늘어난다.

② 철보다는 구리, 구리보다는 알루미늄 막대가 더 많이 늘어난다.

③ 세 막대 모두 가열 시간이 길어질수록 더 많이 늘어난다.

④ 길이가 늘어나는 이유는 각 금속 내부의 분자 사이 거리가 멀어지기 때문이다.

⑤ 한 번 팽창했던 금속은 원래의 상태로 되돌아오지 않는다.

13. 둥근 원형의 금속판의 중심 부분에 동그란 구멍을 뚫고 열을 가하였다. 이때 금속판의 상태를 옳게 나타낸 것은?(단, 점선 모양은 가열 전의 상태를 나타낸 것이다.)

14. 고체의 열팽창과 관련된 현상이 아닌 것은?

① 한겨울에 전신주의 전선이 팽팽해진다.

② 여름철에 에펠탑의 높이가 더 높아진다.

③ 밤에는 육지에서 바다 쪽으로 바람이 분다.

④ 여름철에 가스 수송관의 ㄷ자가 더 구부러진다.

⑤ 뜨거운 오븐에는 일반 유리보다 강한 내열유리를 사용해야 한다.

15. 그림은 같은 양의 열을 받았을 때 팽창하는 정도가 다른 세 금속 A, B, C를 사용하여 바이메탈을 만든 후 가열하였더니 그림과 같이 바이메탈이 휘었다.

세 금속의 열팽창 정도를 옳게 비교한 것은?

① A>B>C	② A>C>B	③ B>A>C

④ B>C>A	⑤ C>B>A

16. 물체의 상태에 따른 열팽창에 대해 설명한 것으로 옳은 것을 모두 고르면?(2개)

① 분자의 움직임이 자유로울수록 많이 팽창한 것이다.

② 열을 받았을 때 액체는 기체보다 더 많이 팽창한다.

③ 기체는 열을 받아 팽창하는 정도가 물질에 따라 다르다.

④ 고체, 액체, 기체 중 고체는 열팽창 정도가 가장 작으나 팽창할 때 작용하는 힘이 크다.

⑤ 같은 종류의 물질은 고체일 때 팽창하는 정도와 액체일 때 팽창하는 정도가 같다.

이것까지 풀면! 100점 맞는 문제

17. 그래프는 온도가 100 ℃인 구리 도막 1 kg을 열량계 속에 담긴 10 ℃ 물 300 g에 넣었을 때, 물의 온도 변화를 나타낸 것이다. 5분 이후부터 물의 온도는 변화가 없었다.

이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?(단, 물의 비열은 1 kcal/(kgㆍ℃)이다.)

① 구리 도막은 열을 잃고, 물은 열을 얻는다.

② 5분 동안 열은 물에서 구리 도막으로 이동하였다.

③ 5분일 때 물이 얻은 열량은 6 kcal이다.

④ 5분일 때 구리 도막이 잃은 열량은 6 kcal이다.

⑤ 구리의 비열은 약 0.09 kcal/(kgㆍ℃)이다.

[18～19] 그림은 금속 도막의 비열을 구하는 실험 장치로, 비커의 끓는 물속에 있던 금속 도막을 열량계의 물에 넣는 과정을 통해 비열을 측정한다.

18. 금속 도막의 비열을 구하는 데 사용한 원리를 보기에서 모두 고른 것은?

ㄱ. 금속 도막과 비커의 물은 열평형 상태를 이룬다.

ㄴ. 금속 도막과 열량계의 물은 열평형 상태를 이룬다.

ㄷ. 금속 도막이 얻은 열량과 비커의 물이 잃은 열량은 같다.

ㄹ. 금속 도막이 잃은 열량과 열량계의 물이 얻은 열량은 같다.

<보기>

① ㄱ, ㄷ	② ㄴ, ㄹ	③ ㄱ, ㄴ, ㄹ

④ ㄴ, ㄷ, ㄹ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ

19. 온도가 62 ℃이고, 질량이 100 g인 금속 도막을 10 ℃의 물 200 g이 담긴 열량계에 넣었다. 시간이 흘러 물의 온도가 12 ℃에서 더 이상 변하지 않았다면 이 금속 도막의 비열은?

① 0.01 kcal/(kgㆍ°C)	② 0.02 kcal/(kgㆍ°C)

③ 0.04 kcal/(kgㆍ°C)	④ 0.06 kcal/(kgㆍ°C)

⑤ 0.08 kcal/(kgㆍ°C)

20. 그림은 일정한 온도가 유지 되어야 하는 다리미 내부에 쓰인 회로의 구조를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 보기에서 모두 고른 것은?

ㄱ. 온도가 올라가면 바이메탈이 위로 휘어진다.

ㄴ. 온도가 내려가면 휘어졌던 바이메탈이 원래의 상태로 되돌아온다.

ㄷ. 바이메탈은 열팽창 정도가 비슷한 금속을 사용하는 것이 효과적이다.

ㄹ. 자동 온도 조절 창치는 이와 같은 원리를 이용한 것이다.

<보기>

① ㄱ, ㄷ	② ㄴ, ㄹ	③ ㄱ, ㄴ, ㄹ

④ ㄴ, ㄷ, ㄹ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ

정답과 해설

Ⅴ- 03 비열과 열팽창

1. ④   2. ④   3. ④   4. ⑤   5. ③   6. ⑤  7. ②   8. ③   9. ①   10. ④   11. ④   12. ⑤

13. ⑤   14. ③   15. ①   16. ①, ④   17. ②  18. ③   19. ⑤    20. ③

1. 철의 비열은 0.11 kcal/(kgㆍ°C)이므로 철 1 kg의 온도를 1 °C 올리는 데는 0.11 kcal의 열량이 필요하다. 따라서 철 2 kg을 1 °C 올리는 데는 0.22 kcal의 열량이 필요하다.

2. 비열[eqn: rm = {열량} over {질량 TIMES 온도``변화} ={0.1~kcal} over {0.2~kg` TIMES `2°C} =0.25~kcal/(kgㆍ°C)]

3. 열평형 상태가 될 때까지 20 °C의 물이 얻은 열량과 50 °C의 물이 잃은 열량이 같다. 따라서 열평형 온도를 [eqn: t]라고 하면, 1×0.1 kg×([eqn: t]-20)=1×0.2 kg×(50-[eqn: t])에서 [eqn: t]=40(°C)이다.

4. ① 같은 세기의 불꽃으로 가열했으므로 2분 동안 A와 B가 받은 열량은 같다.

②, ④, ⑤ 가해진 열량이 같지만 B의 온도가 작게 변한 것은 A보다 B의 비열이 크기 때문이다.

5. ㄱ. 태양열은 복사의 형태로 바다와 육지에 전달된다.

ㄴ, ㄷ. 육지의 비열이 더 작아서 육지의 온도가 더 빨리 올라가고, 육지의 공기가 상승하면서 그 빈 자리로 바다로부터 공기가 들어와 해풍이 분다.

ㄹ. 밤이 되면 비열이 작은 육지가 바다보다 더 빨리 식으므로 육풍이 분다.

6. 물체가 열을 받았을 때 분자의 크기 및 질량, 개수는 변하지 않고 운동 상태만 활발해지면서 분자 사이의 거리가 멀어진다.

7. 납의 열팽창 정도가 구리보다 더 크므로 바이메탈의 온도가 높아지면 구리 쪽으로 휘어지고(A), 온도가 낮아지면 납 쪽으로 휘어진다(C).

8. ㄱ. 상온의 물과 콩기름을 뜨거운 물에 넣으면 물과 콩기름이 열을 얻어 온도가 높아진다. 따라서 분자 운동이 활발해지므로 물과 콩기름 모두 부피가 팽창한다.

ㄴ, ㄹ. 플라스크를 따라 올라간 높이가 콩기름이 물보다 더 높으므로 콩기름의 열팽창 정도와 분자 사이의 거리가 물보다 더 크다.

ㄷ. 같은 온도의 물과 콩기름을 뜨거운 물에 오랫동안 두었으므로 물과 콩기름은 뜨거운 물과 열평형 상태가 된다. 따라서 물과 콩기름의 온도는 서로 같다.

9. 수조의 물은 열을 얻어 온도가 올라가고 비커의 물은 열을 잃어 온도가 내려간다. 이때 수조의 물의 양이 비커보다 더 많기 때문에 열평형 온도는 50 °C보다 낮은 온도에서 이루어진다.

10. 다리의 이음새 부분에 약간의 틈을 두는 이유는 여름철 온도가 상승했을 때 열팽창에 의해 다리가 휘어지는 것을 예방하기 위해서이다.

11. ④ 온도가 높은 여름에는 전깃줄이 열팽창하여 늘어지고, 온도가 낮은 겨울에는 수축하여 팽팽해진다.

12. ⑤ 열에 의해 늘어났다 하더라도 온도가 내려가면 각 금속 막대는 다시 수축하여 원래의 상태로 되돌아온다.

13. 동그란 구멍이 뚫린 원형 금속판을 가열하면 금속판과 구멍 모두 커진다.

14. ③ 밤에 육지에서 바다로 바람이 부는 것(육풍)은 비열 차이에 의한 현상이다.

15. 열팽창 정도는 (가)에서 A>B, (나)에서 A>C, (다)에서 B>C이다. 따라서 세 금속의 열팽창 정도는 A>B>C이다.

16. 물체는 분자의 운동이 자유로울수록 열팽창 정도가 크므로, 열팽창 정도는 기체>액체>고체 순이다. 이때 고체는 열팽창 정도는 작으나 열팽창할 때 매우 큰 힘이 작용한다.

17. ①, ② 5분 동안 열은 온도가 높은 구리 도막에서 온도가 낮은 물로 이동한다.

③ 물이 얻은 열량＝비열×질량×온도 변화

＝1 kcal/(kgㆍ℃)×0.3 g×(30℃－10℃)＝6 kcal

④ 구리 도막이 잃은 열량＝물이 얻은 열량＝6 kcal

⑤ 구리의 비열＝

구리 도막이 잃은 열량

구리 도막의 질량×구리 도막의 온도 변화

[eqn: = {6` rm kcal it} over {1` rm kg TIMES (100` CENTIGRADE `-30`` CENTIGRADE ) it} image 0.09` rm kcal/(kg BULLET CENTIGRADE)]

18. 금속 도막은 비커의 물과 열평형 상태를 이루고, 이 금속 도막을 열량계에 넣으면 금속 도막은 다시 열량계의 물과 열평형 상태를 이룬다. 이때 금속 도막이 잃은 열량은 열량계의 물이 얻은 열량과 같다.

19. 금속 도막이 잃은 열량 = 금속의 비열×금속의 질량×금속의 온도 변화이고, 열량계의 물이 얻은 열량=물의 비열×열량계 속 물의 질량×열량계 속 물의 온도 변화이다. 이때 물의 비열은 1 kcal/(kgㆍ°C)이고, 금속 도막이 잃은 열량 = 열량계의 물이 얻은 열량이므로, 금속 도막의 비열은

[eqn: {물의``비열 TIMES 열량계``속```물의```질량 TIMES 열량계``속``물``온도``변화} over {금속``도막의`질량 TIMES 금속``도막의``온도``변화}]이다.

∴ 금속 도막의 비열[eqn: = {1 TIMES 0.2 TIMES (12-10)} over {0.1 TIMES (62-12)} =]0.08(kcal/(kgㆍ°C))

20. 바이메탈은 열에 의해 온도가 높아지면 휘어지므로 전기 회로에서 전류를 흐르게 하거나 흐르지 않게 한다. 따라서 잘 휘어지려면 열팽창 정도가 다른 두 물질을 사용하는 것이 효과적이다.