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1. 탐구주제
뜨거운 여름 사물의 색깔에 따라 온도가 다를까 ?
2. 탐구하게 된 동기
낮에 길을 걷다가 길가에 주차되어 있는 차에 손이 닿았는데 너무 뜨거워서 깜짝 놀랐다. 내 손이 데는 줄 알았다. 뜨거운 여름에는 햇빛을 받고 있는 가방, 옷, 머리카락 등은 너무 뜨거워진다. 그래서 사람들은 햇빛을 가리기 위해 모자를 쓰거나 양산을 쓰고 썬크림을 바른다. 어느 날 엄마가 뜨거운 날씨에 밖에서 쓰신다고 새로 양산을 하나 사오셨는데 하얀색에 연한 꽃무늬가 그려진 거였다. 내가 엄마에게 왜 예쁜색을 안사고 흰색을 사셨나고 물으니 흰색이 시원해서 그렇다고 하셨다. 정말 색에 따라 우리가 느끼는 온도가 다를까가 궁금해서 실험을 하게 되었다.
3. 준비물
색깔 찰흙, 온도계, 카메라, 기록할 수 있는 종이와 연필
4. 탐구를 통해 알아보고 싶은 점
어떤 찰흙의 온도가 가장 높게 올라갈까?
온도가 높은 게 있다면 그 이유는 무엇일까?
이와 같은 햇빛의 특성을 이용하고 있는 곳이 있을까?
5. 실험 방법 및 절차
① 색깔찰흙을 같은 양으로 준비한다.
② 준비한 색의 찰흙으로 온도계 아랫부분을 싸고 온도계 하나는 그냥 둔다.
③ 햇빛이 뜨겁게 잘 내리쬐는 곳에 온도계를 놓는다.
④ 5분마다 온도를 측정한다.
온도의 작은 변화를 측정하는 것이기 때문에 구름이 낀 날보다 구름 한 점 없고 햇빛이 쨍쨍 내리쬐는 날에 실험을 한다.
6. 탐구 결과 예상
흰색이 가장 시원하다고 했으니 흰색이 가장 낮을 꺼 같고 찰흙을 씌우지 않은 온도계가 햇빛을 하나도 안 가린 상태이므로 온도가 가장 높을 꺼 같다.
7. 실험과정(사진)
온도계에 찰흙 씌우기
처음 온도 재기
실험 중 온도계
햇빛아래서 실험 중
8. 실험결과
색
시간(분)
그냥 온도계
흰색
노란색
빨간색
파란색
검정색
0…(생략)
31
31
31
31
31
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5
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10
47
44
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15
45.5
44
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46
47
49
20
43.5
42
43.5
44
44.5
45
25
45
43
45.5
46
47
48.2
30
46.5
45
47
48
49
52
35
47.5
44
47
47
48.5
51
40
44.5
44
46
46
47
50
9. 결 과
처음에는 10분마다 측정을 하려고 했는데 한낮이라 너무 뜨거워 5분마다 측정을 하였다. 처음 옥상에 온도계를 놓고 5분만에 급격히 온도가 상승했는데 햇빛을 받아서이기도 하겠지만, 아마도 햇빛을 받아 뜨거워진 바닥 때문인 것 같다. 실험을 하다가 바람이 불어 내가 시원하다고 느끼자 온도계의 눈금도 내려갔다. (20분과 35분 경의 온도 변화를 보면 알 수 있다.)
실험 결과 흰색 찰흙을 씌운 온도계의 온도가 가장 낮았고 예상과는 다르게 그냥 온도계의 온도는 노란색과 비슷하게 나타났고, 빨간색과 파란색 중에선 파란색의 온도가 조금 더 높았으며, 검정색 찰흙을 씌운 온도계의 온도가 가장 높았다.
색 (Color)
물체의 색은 모양과 더불어 사람이 바깥세상의 사물을 알아보는데 중요한 역할을 한다. 우리는 어떻게 색을 느낄 수 있을까?
물체에 빛이 비추어지는 상황에 따라 색이 달라져 보이는 것이나 빛이 없으면 색도 없어지는 것으로 보아서는 빛과 밀접한 관계가 있음을 알 수 있다.
빛의 분해
빛을 프리즘을 통해 비추거나 비온 뒤 무지개를 보면 빨주노초파나보의 7색으로 나누어 지는 것을 알 수 있다. 백색의 태양빛이나 불빛이 싫은 그 속에 많은 색의 요소를 가지고 있기 때문이다.
파동으로서의 빛이 파장이나 진동수에 따라 물질에서의 빛의 속도가 다르기 때문에 프리즘이나 물방울에 의해 빛은 파장별로 분해가 되고 이로부터 파장이 바로 색을 결정한다.
가시광선
우리 눈은 빛의 파장에 따라 색을 다르게 인식하지만 파장이 일정한 범위를 벗어나게 되면 빛을 감지하지 못한다. 대체로 파장이 400nm~700nm가 빛을 특정한 색으로 느낄 수 있어 이를 가시광선이라 한다.
색의 인식
우리 눈의 망막에는 추상체, 간상체라는 두 종류의 시세포가 있다.
한낮의 밝은 상황에서는 추상체가 자극되어 색을 느낄 수 있지만 밤이나 어두운 조명에서는 추상체보다 더 감도가 뛰어나지만 색에 대한 식별력이 없는 간상체가 작용하여 흑백사진과 같은 영상을 느끼게 된다.
10. 그 외 인터넷을 통해 알게된 점
빛의 흡수와 반사에 관한 것
1. 태양열 에너지
태양에너지를 난방 온수에 이용하기 위해서 필요한 장치를 보통 태양열 장치라고 부르는데, 가장 중요한 부분은 태양열 집열판이다. 집열판은 말 그대로 태양으로부터 오는 에너지를 모아서 열로 변환하는 장치로, 가장 간단한 형태는 빛을 잘 흡수하는 검은색관 속으로 물이 흐르는 것이다. 이것은 빛을 투과하는 투명한 외부틍이 빛을 흡수하는 검은색의 내부 구성물을 둘러싼 형태로 이루어져 있어서 온실 효과를 일으킨다. 빛이 집열판 속으로 들어오면 이것은 검은색의 내부에 부딪쳐 적외선으로 바뀌는데 적외선은 투명층을 통과하지 못하므로 내부는 점점 더 뜨거워 진다.
2. 고속도로에 반사되는 차선
교통 표지나 시계등의 문자판이 있는 야광 물질은 인광을 발산하는 물질입니다. 인광체가 빛을 흡수하면 이를 구성하는 물질의 전자가 들뜬 상태가 됩니다.
3. 바다색이 파란 이유
바다색은 흡수와 관련이 크다. 흡수는 장애물의 물질적 특성에 의존하는데 물분자는 빨간빛만 흡수한다. 바다 깊이 갈수록 태양빛의 빨간 빛은 흡수되고 파란 빛은 반사돼 우리 눈에 들어온다. 10m 이하부터는 붉은색 계열의 장파장은 물에 모두 흡수되어 전혀 인식 못하게 된다.
비행기에서 바다를 볼때 초록색이나 노란색이 띄는 것은 바닷속 해조류나 부유물이 내는 빛 때문이다.
수심 20m - 빨간빛
노란빛 거의 없음
인공 광 사용하여
흡수된 색 재현
11. 탐구를 통해 알게된 점
실험과 인터넷 조사를 통해 빛의 색과 파장, 흡수에 대해 자세히 알 수 있었다. 물체의 고유의 색은 당연한 거라고만 생각했었는데 색은 그 물질의 빛의 흡수와 반사에 따라 정해지는 거였다. 만약 우리 주변의 파란 바다와 초록색 잎을 가진 나무, 빨간 사과, 노란색 바나나가 흡수 반사하는 빛이 달라 바다는 노란색이고 잎은 분홍색이고 사과는 보라색이고 바나나가 파란색이 될 수도 있었겠다는 재미있는 상상을 해 본다.
또 나는 실험을 통해 흰색이 가장 온도가 낮다는 것을 알았고, 온도계의 아래쪽에 아무것도 싸지 않은 그냥 온도계는 비록 햇빛을 그대로 받았지만 흰색 다음으로 시원하다는 것도 알았다. 실험을 할 때 50도까지 있는 온도계를 사용하였는데 검정색 찰흙을 씌운 온도계는 50도가 넘어가서 온도계가 깨지지 않을지 조마조마 했다. 여름에 타는 것을 방지하기 위해 많이 바르는 썬크림은 어떤 작용으로 햇빛을 차단하는지도 아래와 같이 알게 되었다.
태양으로부터 조사되는 자외선에는 약 290nm(나노미터:1억분의1미터) 이하의 것은 대기중의 오존층에 흡수되어 지상에는 290-400nm의 자외선이 도달된다. 자외선은 물이나 공기처럼 생물의 생존에 필수 불가결한 것이지만 그 강력한 에너지는 때때로 물질의 변화나 장해를 주고 있기도 하다. 즉 자외선은 화장품의 퇴색, 산화, 분해 등 광화학반응을 일으켜 제품의 변색, 변질현상을 일으키며, 인체에 대해서는 자극에 의한 피부염 및 그을림을 일으키고 화장품내의 일부성분과 상호 반응하여 광독성이나 광알레르기를 일으키기도 한다. 한편 자외선에 심하게 노출된 피부는 피부의 조기노화는 물론 피부암의 발생요인이 되고 있다.
자외선은 280-320nm의 중파장 자외선UVB와 320-400nm의 장파장 자외선UVA가 있으며 280nm이하의 단파장 자외선 UVC는 오존층에 흡수되어 지상에 거의 도달하지는 않는다. UVB는 특히 피부를 빨갛게 달아오르게 하여 염증을 주며, UVA는 표피의 기저층을 자극하여 멜라닌 색소를 형성하고 피부를 검게한다.
인체에는 표피에 함유된(우로카닌산)이나 (멜라닌)이 존재하여 자체적인 방어기구를 지니고 있다. 즉 우로카닌산은 자외선을 흡수 제거하고, 멜라닌은 자외선이 피부 속 깊이 침투하지 못하도록 검은 커튼을 치듯이 방어막을 만든다. 화장품의 자외선차단제도 이와 같은 개념으로 자외선을 흡수 제거하는(자외선흡수제)와 자외선을 아예 침투하지 못하도록, 미세한 입자를 이용하여 자외선을 반사시키거나 차단시키는 성분이 있다.
자외선으로 인한 일소에는 전술한 바와 같이 2가지가 있다.
중파장의 UVB로 인한 일소현상은 자극으로 인한 홍반, 염증, 수포발생 등의 (선번:sunburn)으로 불리우며, 장파장의 UVA로 인한 일소현상은 멜라닌색소의 형성, 흑화(그을림)의 (선탠:suntan)으로 불리운다. 대개의 일소방지 제품은 자외선을 흡수 제거하는 (자외선흡수제)를 사용하며, 일부의 제품은 (초미립자 이산화티탄)등을 배합하여 자외선의 반사 제거효과까지 기대하기도 한다. 여름철의 파우더 색조 화장시 햇빛에 덜 그을리는 이유는 파우더의 자외선방어효과가 있기 때문이다. 피부를 곱게 그을리게 하는 선탠 제품은 자외선 중 UVB를 막고 UVA를 제한적으로 통과시켜 선번 현상이 없이 곱게 피부를 그을리게 한다.
한편 자외선차단지수로 불리우는 SPF(Sun Protection Factor, 자외선차단지수)수치는 제품사용전후의 (홍반) 생성시간을 비교한 것으로 엄밀히 얘기하면 UVB로 인한 일소(화상)의 방어기준이 된다. 따라서 SPF수치가 높은 것을 사용하였는데도 그을리는 현상이 있을 수 있으며, SPF수치가 높다고 해서 햇빛에 그을리지 않는 정도가 높다고 단정 지울 수는 없다. 햇빛에 그을리고 싶지 않다면 UVA도 차단하는 일소방지 제품을 사용하여야 한다.
12. 탐구를 통하여 느낀 점
이번 여름은 다른 해보다 유난히 더웠던 것 같다. 30도를 훌쩍 넘는 무더위 때문에 너무 힘들었는데 덕분에 과학탐구보고서를 할 수 있었다. 사람들은 흔히 과학, 과학실험하면 어렵고 하기 힘들 꺼 라고 생각하는데 우리가 항상 겪고 있는 아주 작은 일들에도 과학의 원리는 숨어있다. 꼭 첨단 실험기구와 구하기 어려운 화학약품으로 한 실험이 아니라 간단한 실험이더라도 거기서 지식을 얻을 수 있어서 너무 좋았고 앞으로도 작은 과학현상에 관심을 가져야겠다.
이번 여름은 흰색 옷을 입고, 흰색 양산을 쓰고, 썬크림을 바르고, 바람이 부는 곳에서 무더위를 잊어 보는 건 어떨까?
13, 참고 자료
http://www.unionsteel.co.kr/espace/Business/rainbow/color/COLOR.htm#top
http://my.dreamwiz.com/photopsh/chart-3-3.htm
http://www.energyvision.org/sun_2.htm
야후 지식검색
http://kr.ks.yahoo.com/service/ques_reply/ques_view.html?dnum=KAK&qnum=652027
http://kr.ks.yahoo.com/service/ques_reply/ques_view.html?dnum=LAC&qnum=48905
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