◎ 미리생각해보기

태양열로 삼겹살을 구울 수 있을까요?

정답은 ‘가능 하다’입니다. 태양에서 나오는 복사에너지는 빛(전자기파)의 형태로 지구에 도달하기에 반사율이 높은 반사판과 태양의 고도를 계산한 구조를 만들어 복사에너지를 한 점에 모을 수 있습니다. 모아진 복사에너지는 물체에 부딪혀 열에너지로 변화되고 그 열을 이용하여 음식을 익힐 수 있습니다. 현재 판매되고 있는 태양열조리기 중 하나는 최고 온도 1450℃ 까지 올라가며 에너지 변환 효율이 35%에 가까워 밥을 하는데 15~20분, 1L의 물을 끓이는데 5분 정도 밖에 걸리지 않는다고 합니다.

◎ 실험 전 주의사항!

1. 실험에 포함된 작은 부품이나 시약 등은 삼키지 않도록 주의합니다.

2. 실험에 포함된 준비물은 실험 외 다른 용도로 절대 사용하지 않도록 합니다.

3. 실험용 도구와 시약으로 절대 장난치지 않도록 합니다.

4. 날카로운 도구를 사용할 때는 다치지 않도록 주의합니다.

5. 실험 후에는 주변 지역을 정리하고 손을 깨끗이 씻습니다.

◎ 실험 전 반드시 확인하기!

1. 시온파우더 혼합액(시광파우더 혼합액)에 물감을 섞어 학생 2명당 약 2ml씩 나누어 주세요.

- 시온파우더 혼합액 5ml + 빨강물감 5방울(35℃,50℃)

- 시온파우도 혼합액 5ml + 빨강물감 5방울(35℃,50℃)

- 시광파우더 혼합액 5ml + 노랑물감 10방울

2. 5~9월 날씨 맑은 정오 전후 시간에 실외에서 실험을 해야 좋은 결과 값을 얻으실 수 있습니다.

1. 도안1의 꽃잎과 풀잎을 뜯어 줍니다.	2. 스티로폼 공을 절반 잘라 꽃잎 도안에 붙여 줍니다.

◎ 실험방법

3. 면봉으로 꽃잎과 풀잎에 각각 50℃ 시온물감, 시광물감을 점처럼 찍어(점묘법) 나만의 태양바라기를 만들어 보고 잘 말려 줍니다.	4. 도안2 뒷면에 거울시트지를 붙이고 절취선을 따라 잘라 줍니다.

5. 자른 반사판을 접어서 조립하고 바닥판을 붙여줍니다.	6. 와이어를 구부려 꽃대를 만들고 꽃잎공, 반사판, 풀잎을 함께 조립합니다.

SZ-F-R-005(Rev.3)                                                                                                      호기심의 시작 사이언스존                                                                                                     A4(210mm ×297mm)

7. 도안1의 꽃받침 도안과 종이컵을 붙이고 35℃ 시온물감으로 꾸며봅니다.	8. 햇빛에 노출 시켜 색변화를 관찰 합니다.

◎ 실험결과 및 생각해보기

1. 햇빛을 노출되면 색이 변합니다. 색이 변하는 순서가 어떻게 되나요?

첫째, 시광물감을 바른 풀잎 부분입니다. 시광물감은 자외선을 받으면 색이 변하는  물감으로 실험에 사용된 시광물감은 무색에서 파란색으로 변하는 종류입니다. 따라서 자외선을 받으면 섞어준 물감과 시광물감의 색이 섞여서 나타나게 됩니다.

둘째, 35℃ 시온물감을 바른 꽃받침 부분입니다. 35℃ 시온물감은 35℃가 되면 색이 변하는 물감으로 실험에 사용된 시온물감은 파란색에서 무색으로 변합니다. 35℃에서 색이 무색으로 변하기 때문에 같이 섞은 물감의 색만 나타나게 됩니다.

셋째, 50℃ 시온물감을 바른 반사판 안에 있는 꽃입니다. 35℃ 시온물감과 같은 원리로 50℃가 되면 파란색에서 무색으로 변하는 물감입니다. 따라서 50℃에서 색이 무색으로 변해서 같이 섞은 물감의 색만 나타나게 됩니다.

2. 한국 여름 평균 최고 기온은 30~35℃ 정도인데 35℃, 50℃ 시온물감이 변하는 이유는 무엇일까요?

관측기록에 따르면 한국의 여름 평균 최고기온이 35℃를 넘는 일은 거의 없습니다. 그런데 35℃ 시온물감은 최고기온 30℃의 맑은 날에도 색이 변합니다. 이유는 주변온도에 태양의 복사에너지가 더해졌기 때문입니다. 하지만 50℃ 시온물감은 햇빛에 몇 시간을 노출 시켜도 변하지 않습니다. 50℃까지 온도가 올라가지 않았기 때문입니다. 따라서 50℃ 시온물감을 변화 시키려면 더 많은 복사에너지가 필요하고 복사에너지를 얻기 위해 빛 반사판을 이용하여 복사에너지를 한 점에 집중 시켜 온도를 상승 시켜 주는 것입니다.

◎ 원리이해

1. 태양의 고도와 태양열

지평선을 기준으로 태양의 높이를 각도로 나타낸 것으로 태양이 정남쪽에 위치했을 때 고도를 남중고도라고 합니다. 이런 태양에서 방출하는 에너지 중 지구로 전해지는 복사에너지를 흔히 태양열이라 하며 지구가 식지 않고 유지되는 원동력입니다.

2. 열에너지의 전달 및 복사에너지

열에너지의 전달 방법에는 전도, 복사, 대류가 있습니다.

첫째, 복사는 빛(전자기파)에너지가 물체에 부딪혀 열이나 전기 에너지로 변환되는 것으로 고온에서 저온으로 에너지가 직접 전달되는 방법입니다. 예를 들어 난로에 직접 손을 대지 않아도 따뜻한 이유가 복사에너지 때문입니다.

둘째, 전도는 물체를 통해서 접촉 전달되는 방법으로 주로 고체에서 일어납니다. 예를 들어 뜨거운 국에 들어 있는 은수저의 열전도, 사람의 신체 접촉을 통한 체온전달이 있습니다.

셋째, 대류는 액체나 기체가 가열될 때, 데워진 것이 위로 올라가고 차가운 것이 아래로 내려오면서 전체적으로 데워지는 현상을 말하며 지표에 의해 데워진 공기의 순환과 적도에서 데워진 해수의 순환이 대표적인 예입니다.

3. 점묘법 [ pointage , 點描法 ]

붓이나 브러시 등으로 물감을 작은 점 형태로 찍어 그림을 그린 기법으로 작은 점을 이용한 색 혼합을 만드는 기법입니다. 19세기 프랑스의 색채 학자 M. E 슈브럴의 색채 이론을 근거로 인상파 화가들이 이용 하였습니다.

부끄부끄태양바라기

학습목표

절기별 태양의 고도 및 열에너지의 전달 과정에 대해 알아보고 태양바라기를 들어봅니다.

실험날짜          년      월      일

학년   반    이름 :

태양열로 삼겹살을 구울 수 있을까요?

◎ 미리생각해보기

도안1 1장, 도안2 1장, 거울시트지, 스티로폼볼, 종이컵,

면봉, 와이어 1개, 침핀 1개, 양면테이프, 투명테이프

(※ 직접 준비하세요 : 가위, 칼, 송곳, 색연필)

◎ 실험준비물

1. 햇빛을 노출되면 색이 변합니다. 색이 변하는 순서가 어떻게 되나요?

2. 한국 여름 평균 최고 기온은 30~35℃ 정도인데 35℃, 50℃ 시온물감이 변하는 이유는 무엇일까요?

◎ 실험결과 및 생각해보기

◎ 새롭게 알게 된 사실

◎ 느낀점