(4-2) 7.모습을 바꾸는 물 - 화학실헙보고서

목차

물을 냉각할 때의 온도변화와 상태변화
◈ 실험 1 ◈
1. 목적
2. 준비
3. 방법
4. 결과 및 고찰

◈ 실험 2 ◈
1. 목적
2. 준비
3. 방법
4. 결과 및 고찰

◈ 실험 3 ◈
1. 목적
2. 준비
3. 방법
4. 결과 및 고찰

본문내용

화가 완결되기까지의 소요시간 역시 수돗물보다 1분 빨랐다.
물의 종류에 따른 냉각실험 결과, 물의 종류가 어는점과 상태변화자체에는 큰 영향을 미치지는 않았으나 실험소요시간에는 약간의 영향을 미치는 것으로 보인다. 증류수의 냉각소요시간이 수돗물의 냉각소요시간보다 빠르다.
물의 양에 따른 비교 : 20ml와 10ml
◎ 시간에 따른 물의 온도변화 표
시간
(분)
처음
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
10
㎖
수
돗
물
물의온도
(℃)
26
5
1
0
0
-1
-5
-8
-10
-10
-10
-10
-10
-11.5
-12
-12.8
바깥온도
(℃)
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
20
㎖
수
돗
물
물의온도
(℃)
24.5
17
9
4
2
1
0.5
0.3
0.3
0.3
0.3
0.1
-0.5
-3
-5
-6.5
바깥온도
(℃)
-10
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
◎ 시간에 따른 물의 온도변화 그래프
◎결과 분석
물 10ml는 실험이 시작한지 2분만에 시험관 겉에서부터 냉각되기 시작하고 온도가 0도 근처에서 유지되었다. 3분이 경과한 5분, 온도가 다시 내려가기 시작했으며 상태변화도 완결되어 시험관의 중앙까지 모두 냉각되었다.
물 20ml는 실험 시작 5분이 경과하여 시험과 겉에서부터 냉각되기 시작하여 온도가 0도 부근에서 유지, 7분이 경과한 12분에 온도는 다시 내려가고 시험관 중앙까지 모두 냉각되어 상태변화가 완결되었다.
물의 양에 따른 물의 어는점 도달시간과 상태변화소요시간을 비교해보면, 10ml의 물은 어는점에 도달하는 시간이 20ml보다 3분이 빨랐으며, 상태변화에 걸리는 시간 또한 4분이 빠른 것을 알 수 있다. 따라서 냉각실험 전체에 걸리는 시간은 10ml의 물이 20ml의 물보다 무려 7분이나 빠른 셈이다.
물의 양에 따른 물의 상태변화와 온도변화를 실험한 결과, 물의 양이 실험경과시간에 많은 영향을 미치는 것으로 나타났다.
색소의 유무
◎ 시간에 따른 물의 온도변화 표
시간(분)
처음
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
색소없는증류수
물의온도(℃)
26
4
2
1
1
0
0
-0.5
-1
-1
-1.8
-2
-2
-3
-3
-3.5
바깥온도(℃)
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
색소있는증류수
물의온도(℃)
26
6
2
0
-1
-1
-1.5
-2
-2
-2
-3
-3
-3.5
-4
-4
-4.5
바깥온도(℃)
-10
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
-14
◎ 시간에 따른 물의 온도 변화 그래프
◎결과 분석
실험을 시작한지 3분이 경과하자, 색소를 넣은 증류수와 넣지 않은 증류수 모두 시험관 바깥에서부터 냉각되기 시작하고, 온도가 0도 근처에서 일정하게 유지되어 어는점에 도달한 것으로 관찰되었다. 색소를 넣은 증류수는 실험 시작 후 5분이 되자, 시험관 중앙까지 완전히 냉각된 것을 관찰되었고 증류수의 온도는 다시 내려가기 시작했다. 색소를 넣지 않은 증류수는 실험 시작 후 9분이 경과하여 상태변화가 완결되고 온도가 다시 내려가기 시작했다.
색소의 유무에 관계없이, 증류수의 어는점은 약 0도로 동일했으며, 어는점에 도달하는 시간 또한 동일했다. 따라서 색소는 어는점과 어는점에 도달하는 시간에 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다. 그러나, 상태변화에 소요되는 시간은 색소를 넣은 것이 넣지 않은 것 보다 무려 4분이나 빨랐다. 또한, 색소를 넣은 것이 넣지 않은 것보다 상태변화 관찰에 용이했다.
◎고찰
본 실험을 3차례에 걸쳐 실행해본 결과, 두 가지 문제점이 있었다. 하나는 시험과 바깥의 온도, 즉 비커 속의 온도가 물의 냉각실험에 적합한 온도까지 쉽게 내려가지 않는다는 것이고, 다른 하나는 본 실험의 소요시간이 40분의 수업시간에 비해 오래 걸린다는 것이다. 따라서 시험관 바깥의 온도를 물의 냉각시킬 수 있을 정도의 온도로 낮춰 실험의 정확성을 기하고, 본 실험의 소요시간을 단축시키기 위해, 실험의 설계를 재정비할 것이다.
시험관 바깥온도는 영하 14도로 낮추기 위해 실제 수업에 있어, 얼음을 잘게 간 것과 잘게 부순 것을 혼합해서 사용하도록 한다.
물의 종류(증류수와 수돗물)에 상관없이 어는점과 상태변화는 거의 동일했으며, 실험소요시간에 있어서도 큰 차이가 없었으므로, 실제 교수활동을 위한 실험설계에서는 비교적 구하기 쉽고, 아동들이 쉽게 접할 수 있으며, 이미 알고 있는 수돗물을 사용하도록 한다.
물의 양은 냉각실험의 소요시간에 미치는 영향이 큰 것으로 판단되므로, 교과서에서 제시한 시험관 높이의 1/3(약30ml)보다 조금 더 적은 양인 20ml로 실험을 설계하도록 한다. 단, 아동은 물의 양을 정량적으로 다루지 않는다.
색소가 상태변화에 걸리는 시간을 단축시킬 뿐, 물의 어는점과 상태변화자체에는 영향을 미치지 않으므로 실제 수업의 실험에는 극소량의 색소를 사용하여, 아동이 보다 쉽고, 자세하게 물의 상태 변화를 관찰할 수 있도록 한다.
본 실험은 물을 직접 냉각시켜 물의 상태변화와 온도변화를 관찰하는 실험으로, 실험시 아동의 활동은 실험장치를 설치하고, 온도계와 시험관 속의 물을 관찰하는 활동이 전부이다. 물론, 액체가 고체로 변하는 상태변화를 관찰하는 것, 또는 실험 자체가 구체적 조작활동이라는 점에서 아동이 흥미를 느낄 수도 있겠으나, 물의 냉각 현상은 이미 아동이 생활 속에서 많이 접해 본 사실이라는 점을 감안하면, 본 실험은 아동의 흥미에는 부합하지 못할 것이라는 생각이 든다. 따라서, 이번 실험에서는 아동에게 직접 간단하게 아이스크림을 만들게 하는 활동을 하도록 하여, 실험의 흥미도를 높여보려고 한다. 아이스크림이라는 단어와 다양한 색깔의 아이스크림을 직접 만들어 볼 수 있다는 것은 4학년 아동의 흥미를 끌기에 적합하다고 본다.
♠아이스크림 만들기

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