[초4 과학] 물의 상태 변화 (수증기와 김의 차이는?)

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물의 상태 변화 (초등학교 4학년 2학기 과학)
[키워드] 물의 상태 변화, 물의 이용, 무게 변화, 부피 변화, 수증기, 증발

1. 물의 세 가지 상태

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- 물(액체): 모양이 일정하지 않고 부피는 일정하다. → 입자들이 비교적 자유로워서 일정한 모양을 가지지 않는다.
- 얼음(고체): 모양이 일정하고 부피도 일정하다. → 입자들이 6각형의 규칙적인 형태로 되어 있어 일정한 모양을 가진다.
- 수증기(기체): 모양이 일정하지 않고 부피도 일정하지 않다. → 입자들이 매우 자유로워서 일정한 모양과 부피를 가지지 않는다.

(참고로 김은 액체다. 김은 수증기가 차가운 공기와 만나며 아주 작은 물방울들로 변한 것인데, 이것들은 우리 눈에 하얗게 보인다. 반면, 수증기는 눈에 보이지 않는다!)

* 지구에 있는 물 찾아보기
물: 하천, 저수지, 땅속의 지하수, 동물의 몸속(우리 몸의 70%), 식물의 속(수박의 97%, 바나나의 75%) 등에 물이 있다.
얼음: 높은 산, 극지방 등
수증기: 공기 중 등

* 물의 상태에 따른 이용
- 액체 상태인 물을 이용하는 예: 마실 때, 씻을 때, 설거지를 할 때, 농사를 지을 때
- 고체 상태인 얼음을 이용하는 예: 팥빙수를 만들 때, 생선을 보관할 때, 스케이트를 탈 때
- 기체 상태인 수증기를 이용하는 예: 음식을 찔 때, 다리미질을 할 때, 가습기로 습도를 조절할 때

* 물이 소중한 까닭
우리는 민물을 이용하는데, 지구에 있는 대부분의 물은 바닷물임.
우리가 쓸 수 있는 물은 민물인데 눈과 얼음, 지하수나 수증기 상태로 존재해 직접적으로 사용할 수 있는 강과 호수의 물은 얼마 되지 않는다.
그런데 한 사람이 하루에 쓰는 물의 양은 약 332리터로 2리터 패트병 기준 약 166병! (2009년 환경부 기준)

* 김과 수증기 구별하기
주전자에 물을 넣고 끓일 때
주전자와 하얗게 보이는 김 사이에 투명한 공간이 있다.
그것이 바로 수증기다.
수증기는 투명해서 보이지 않는 기체다.
그리고 그 수증기가 액체로 변해서 보이는 게 김이다.

2. 물의 상태 변화

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* 물 → 얼음 (열 방출)
(1) 물이 얼 때의 무게 변화
물이 얼 때에 무게는 변하지 않는다.

(2) 물이 얼 때의 부피 변화
시험관의 높이를 얼기 전과 얼 때 비교
물이 얼 때에 부피는 늘어난다.

* 얼음 → 물 (열 흡수)
(1) 얼음이 녹을 때의 무게 변화
얼음이 녹아도 무게는 변하지 않는다.

(2) 얼음이 녹을 때의 부피 변화
얼음이 녹으면 부피는 줄어든다.

* 물과 얼음 간의 변화
(1) 부피 변화: 물이 얼음이 되면 입자가 육각형으로 배열되면서 빈 공간이 생겨나 부피가 늘어나고 물이 되면 입자가 자유롭게 돌아다니며 빈 공간이 사라져 부피가 줄어든다.
(2) 성질 변화: 모양과 단단하기 등의 성질도 달라진다.

* 물 → 수증기 (열 흡수)
(1) 물이 끓을 때의 모습
- 물속: 작은 공기 방울이 생기고 아지랑이 같은 것이 보임. 물이 활발하게 움직임.
- 물 표면: 작은 공기 방울이 올라와 터짐. 물 표면이 부글거림.
- 물 표면의 위쪽: 하얀색 김이 올라와 사라짐.
→ 물속에서 물이 수증기 상태로 변하고, 이 수증기가 모여 방울을 형성한다.

물이 수증기로 변하여 공기 중으로 날아갔다.

→ 액체 상태의 물이 물속과 물 표면에서 기체 상태인 수증기로 변하여 공기 중으로 날아간다.

* 수증기 → 물 (열 방출) : 이것을 응결이라고 부름.
[실험 방법]
ㄱ. 플라스틱 컵에 주스와 얼음을 넣고 뚜껑을 덮는다.
ㄴ. 플라스틱 컵을 작은 은박 접시에 올려놓고 무게를 측정한다.
ㄷ. 시간이 지난 뒤에 컵 표면과 컵 바닥에 나타나는 변화를 관찰한다.
ㄹ. 시간이 지난 뒤에 플라스틱 컵과 작은 은박 접시의 무게를 다시 측정한다.

[실험 결과]
(1) 플라스틱 컵에 주스와 얼음을 넣었을 때에 나타나는 현상
- 컵 표면: 작은 물방울이 맺히고 시간이 지날수록 물방울이 점점 커짐.
- 컵 바닥: 컵 표면의 물방울이 흘러내려 작은 은박접시에 물이 고임.
→ 맛과 색깔이 없는 것으로 보아 공기 중의 수증기가 물방울로 변해 맺힌 것이다.

(2) 플라스틱 컵의 무게 변화
→ 무게가 늘어난 것으로 보아 공기 중의 수증기가 물방울로 변해 맺힌 것이다.

* 생활 속 응결의 예
안개, 이슬, 욕실 거울에 서린 김, 구름

* 물이 수증기로 변하는 것은 끓음과 증발 현상으로 일어난다.
* 생활 속 증발의 예 - 빨래가 마르는 것, 젖은 머리카락이 마르는 것 등