1. 온도
초등학교 과정에서의 온도는 물체나 물질의 차갑거나 뜨거운 정도를 나타낸 것으로 정의한다. 온도의 과학적인 의미는 물체나 물질을 구성하는 입자의 운동이 활발한 정도를 나타낸 것이다. 물체나 물질을 구성하는 입자의 운동이 활발할수록 온도가 높고, 입자의 운동이 둔할수록 온도가 낮다.
2. 열
물체가 열을 얻으면 온도가 높아지고 열을 잃으면 온도가 낮아진다. 또 고체가 열을 얻으면 액체로 액체는 기체로 상태가 변한다. 그러므로 열은 물체의 온도를 변화시키거나 상태를 변화시키는 에너지의 이동으로 볼 수 있다. 열은 온도가 높은 곳에서 온도가 낮은 곳으로 이동하며 어느 정도 시간이 지나면 두 곳의 온도가 같아져 열평형 상태를 이룬다.
3. 전도
고체에서는 물체를 구성하는 입자의 운동이 이웃한 입자에 차례대로 전달되어 열이 이동한다. 금속 막대의 한쪽 끝을 가열하면 가열된 입자들은 아주 빠르게 움직이면서 이웃한 입자로 열을 전달한다. 이렇게 입자의 운동이 이웃한 입자에게 차례로 전달되어 열이 이동하는 현상을 전도라고 한다. 전도는 주로 고체에서 일어나는 열의 이동 방법이다. 고체는 입자 사이의 거리가 가까우므로 입자 사이의 충돌에 의해 열이 이동해 전도되는 모습을 확인하기가 쉽다. 액체와 기체 상태의 물질도 전도가 일어나기는 하지만 입자 사이의 거리가 멀기 때문에 열의 이동속도가 느리다.
4. 대류
대류는 가열된 액체나 기체 상태의 입자가 직접 이동하면서 열이 이동하는 방법이다. 액체인 물이나 기체인 공기에 열을 가하면 부피가 커진다. 물질에 열을 가하면 물질을 이루는 입자의 운동이 활발해져서 부피가 커지기 때문이다. 온도가 높아진 액체와 기체는 부피가 커지면 밀도가 작아져서 위로 올라간다. 그리고 그 주변에 있던 비교적 밀도가 큰 물질이 아래로 내려가고 밀도가 작아진 물질은 다시 올라간다. 이처럼 물질이 직접 움직이면서 열을 전달하는 방법을 대류라고 한다.
5. 단열
따뜻한 음식을 스타이로폼 상자 안에 넣어 보관하면 음식의 온도를 오래 유지할 수 있다. 이때 스타이로폼은 상자 안과 밖 사이에 열의 이동을 막거나 열이 천천히 이동하도록 하는 역할을 한다. 이렇게 열의 이동을 막는 것을 단열이라 하고 단열을 위해 사용하는 재료를 단열재라고 한다. 단열재로는 고체뿐만 아니라 액체나 기체도 사용된다. 음료수를 담는 컵에 씌우는 컵 싸개는 두꺼운 종이가 열의 이동을 막기도 하지만 종이 안쪽에 주름이 있어 공기에 의한 단열 효과도 같이 일어난다.
6 섭씨온도, 화씨온도, 절대온도
일상생활에서 온도를 표기할 때는 일반적으로 섭씨온도와 화씨온도를 이용해 표기한다. 섭씨온도는 1기압에서 순수한 물이 어는 온도를 0°C, 물이 끓는 온도를 100°C로 정해 그사이를 100등분한 것이다. 단위는 °C(섭씨도)를 사용한다. 화씨온도는 1기압에서 순수한 물이 어는 온도를 32°F, 물이 끓는 온도를 212°F로 정해 그사이를 180등분한 온도이다. 단위는 °F(화씨도)를 사용한다. 절대 온도는 이상 기체 분자의 열운동이 정지한 상태를 0K로 하고 섭씨온도와 같은 간격으로 나눈 것으로 0K는 -273.15°C이다. 단위는 K(켈빈)을 사용한다.
7. 피부에서 느끼는 온도
피부에서는 아픔이나 차가움, 따뜻함을 느낄 수 있다. 피부와 점막에는 피부에 가해지는 압력이나 온도를 받아들이는 감각점이 분포되어 있기 때문이다. 촉점, 압점, 냉점, 온점, 통점 모두를 감각점이라고 하며 피부의 부위에 따라 감각점이 분포된 밀도가 다르다. 그래서 신체의 어떤 곳은 온도를 잘 느끼지만 어떤 곳은 통증을 잘 느끼는 것이다. 피부에서 느끼는 온도와 관련된 감각점은 온점과 냉점이다. 온도가 올라 가는 것을 받아들이는 곳은 온점, 온도가 내려가는 것을 받아들이는 곳은 냉점이라고 하며， 온점과 냉점은 절대적인 온도가 아닌 상대적인 온도의 변화를 느낀다.
8. 온도계의 종류
온도계의 종류에는 물체에 직접 접촉해 온도를 측정하는 접촉식 온도계와 접촉하지 않고도 온도를 측정할 수 있는 비접촉식 온도계가 있다.
① 접촉식 온도계
• 알코올 온도계: 온도가 높아지면 물체의 부피가 팽창하는 원리를 이용한 온도계이다. 알코올 온도계의 내부에 있는 가느다란 관에 알코올을 넣고, 온도에 따라 알코올의 부피가 커지는 정도를 눈금으로 표시해 놓은 것이다.
• 조리용 온도계: 온도에 따라 전기적인 특성이 변하는 점을 이용한 온도계이다. 온도계 끝에 있는 스테인리스강으로 된 침을 음식의 내부에 찔러 열이 금속을 따라 전도되는 것을 이용해 온도를 측정한다.
•액정 온도계: 온도에 따라 색이 변하는 액정을 사용한 온도계이다. 실온용 액정 온도계는 색이 변하는 액정 재료를 조합해 온도를 표시한다. 체온 측정용 액정 온도계는 37°C 전후에서 색이 변한다.
② 비접촉식 온도계
• 적외선 온도계: 물체에서 나오는 적외선 복사 에너지로 표면 온도를 재는 온도계이다. 적외선 복사 에너지로 온도를 재므로 직접 접촉하지 않아도 물체의 표면 온도를 측정할 수 있다. 따라서 직접 접촉하기 어려운 물체의 온도를 측정할 수 있고 높은 온도까지 측정할 수 있다.
9. 온도 단위에 도(°)를 붙이는 까닭
섭씨온도의 단위 °C에 ‘도(°)’를 붙여서 표기하는 까닭은 독일의 물리학자 파렌하이트(Fahrenheit, G. D. 1686〜1736)가 만든 화씨온도와 관련이 있다. 섭씨온도가 십진법의 수를 이용한 것이라면 화씨온도는 반원을 180°로 나누는 각도의 방식을 이용했다. 얼음의 녹는점과 물의 끓는점 사이를 180등분한 화씨온도 단위 F 뒤에 도(°)를 붙여 나타냈고 그 이후에 나온
섭씨온도의 단위에도 도(°)를 붙이게 되었다. 그러나 절대 온도에는 단위 K(켈빈)만 쓴다.
10. 열
열은 에너지의 이동으로 물체의 온도를 높이거나 상태를 변하게 하는 원인이 된다. 열은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다. 물체가 열을 받아 온도가 높아지면 물체를 구성하는 입자의 운동이 활발해지고 온도가 낮아지면 입자의 운동이 둔해진다.
11. 열평형 상태
뜨거운 물체와 차가운 물체가 접촉하면 뜨거운 물체와 차가운 물체 사이에서 열이 이동한다. 시간이 충분히 지나면 두 물체의 온도가 같아지는 열평형 상태가 된다.
12. 입자적 관점에서의 열평형
고온인 물체에서 저온인 물체로 열이 이동하는 현상은 미시적으로는 입자가 운동 에너지를 주고받는 현상이다. 온도가 다른 두 물체가 접촉하면 상대적으로 운동이 활발한 입자와 운동이 둔한 입자가 충돌한다. 그러면 운동이 활발한 입자는 둔해지고 운동이 둔한 입자는 활발해진다. 이런 현상이 접촉 지점에서 일어나기 시작하고 시간이 지나면 점점 주변에서 같은 현상이 일어난다. 이런 식으로 입자의 운동 정도가 같아지면 온도가 같아진다.
13. 열전도율
고체 물질에 따라 열이 이동하는 빠르기가 다르다. 열이 이동하는 빠르기를 열전도율이라고 하며 열전도율은 금속 물질의 종류에 따라 다르다.