생활과 과학-불, 빛은 고체, 액체, 기체 중에 무엇일까?, 빨간불꽃과 파란불꽃의 차이

이번 글에서는
'불과 빛은 어떤 상태인가'

라는 질문에 대한 답을

이야기하려 합니다

 

보통 물질의 상태는

고체, 액체, 기체

3가지로 이야기합니다

플라즈마를 넣는 경우도 있으나

보통은 다루지 않습니다

 

사람들은 가끔 고민합니다

불꽃은 기체인가?

햇빛은 무슨 물질이지?

 

알고 나면 생각보다 간단합니다

 

글의 순서는

1. 고체, 액체, 기체

2. 빛과 불

3. 빨간불, 파란불

입니다

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1. 고체, 액체, 기체

보통 우리가 일상에서 만나는 물질은

고체, 액체, 기체 중 한 가지입니다

 

흔히 만나는 물의 세 가지 상태

얼음, 물, 수증기가

예시입니다

에너지는 얼음, 물, 수증기 순으로

높아집니다

 

고체는

형태가 일정하고 

열에 의해 부피가 잘 변하지 않습니다

(상대적으로 조금 변합니다)

 

액체는

형태가 일정하지 않고

열에 의해 부피가 잘 변하지 않습니다

(역시 변하지만 조금 변합니다)

 

기체는

형태가 일정하지 않고

열에 의해 부피가 잘 변합니다

 

이렇게 물질의 상태를 구분 지을 수 있습니다.

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2. 빛과 불

 

1) 빛

빛은 아직도 신비의 분야입니다

 

물리학에서는 빛의 이중성

(빛은 입자와 파동을 둘 다 가짐)

에 대하여 이야기하기도 합니다

그럼 빛은 입자이기도 하니까

고체일까요?

 

고체라고 하기엔 형태가 일정하지 않습니다

그럼 액체나 기체는 가능할까요?

빛은 어딘가에 담을 수도

부피가 특별히 존재하직도 않습니다

세 가지 상태에 전부 해당하지 않습니다

 

빛은 무엇으로 생각해야 할까요?

빛은 에너지로 봐야 합니다

아마 저 말을 보신 독자분들 중

아! 당연하지 

라고 생각하실 수 있습니다

 

왜냐면 에너지의 전달 방식 중

복사라는 방식이

빛(전자기파)의 형태로

에너지가 전달되는 것이기 때문입니다

 

빛을 에너지 자체로 보는 게 옳은 이유는

빛은 원자 속 전자에 흡수되거나

전자에서 방출되는 경우가 있습니다

 

물질이라면 전자에 흡수되지는

못할 테니까요

 

위 사진에 유명한 공식이 쓰여 있습니다

사실 저 공식을 해석하면

간단한 말이 됩니다

 

'에너지와 질량은 서로 전환이 된다'

 

태양풍처럼 빛이 물리력을 

가지는 이유 역시 에너지이기 때문에

질량의 역할을 할 수 있는 것입니다

 

즉, 빛은 에너지입니다

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2) 불

촛불에는 그림자가 없습니다

그럼 불은 고체, 액체, 기체가 아닌

귀신일까요?

 

불도 빛처럼 에너지일까요?

사실 에너지와 비슷하지만

에너지 자체라고 하기는 애매합니다

 

우리 불에 타는 것을

연소라고 합니다

 

연소의 정의는

'유기물이 산소와 결합하여

강한 빛과 열을 내는 것'

입니다

즉, 불에 타는 연소가 일어날 때

빛과 열이 발생하고

빛 증에서

우리는 붉은, 푸른빛을 보게 되고

그것이 불꽃으로 보입니다

 

뜨겁게 연소 중이여도 우리 눈에 불꽃이

안보일 수도 있습니다

빛이 발생은 하지만 우리 눈에 보이는 빛이

나오지 않기 때문입니다

 

보통 빨간불이 보이는 지점은

약 500℃ 정도의 온도이기에

붉은빛으로 보입니다

온도별로 나오는 빛의 색이 다릅니다

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3. 빨간불, 파란불

가스레인지에 나오는 불은

파란불입니다

 

보통 밖에서 만나는 불은 

빨간불입니다

 

무슨 차이가 있을까요?

바로 온도의 차이입니다

 

높은 온도의 상황에서

에너지는 빛과 열로

방출됩니다

 

이때 빛의 종류는

온도마다 다른 종류가 나옵니다

 

붉은빛이 나는 경우는

약 500℃정도

파란빛이 나는 경우는

약 1500℃정도입니다

 

이는 우주에 있는

별의 색을 관찰할 때도 유효합니다

별이 내뿜는 빛의 파장을 보고

별의 온도와 구성 물질을 알 수 있습니다

 

주변에서 흔히 보이는 연소는

산소가 충분히 공급되지 않는

'불완전연소' 이기 때문에

온도가 낮아서 붉은 불이 나옵니다

 

가스레인지의 경우

보통 '완전연소'가 일어나고

그만큼 높은 온도이기 때문에

파란 불이 나옵니다

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이번 글에서는

빛과 불이 

에너지라는 것과

 

불의 색에 따른 온도차이를

알아보았습니다

 

도움이 되셨기를 바랍니다

감사합니다