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상변화기술은 미항공우주국 NASA에서 시작된 것으로 급격한 온도변화에 따른 우주선의 동체균열을 방지하고, 극심한 온도편차로부터 우주비행사들을 보호하기 위해 연구된 것으로 고체상태와 액체상태 사이의 상변화과정을 통하여 열을 흡수하였다가 온도가 내려가면 열을 방출시키는 기술입니다.

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지표면 근처에 있는 공기가 수증기를 더 이상 머금을 수 없는 점까지 냉각되었을 때 생깁니다.

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교실에서 관찰 할 수 있는 상태 변화 에너지 1조 김민재, 권희현

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교실에서 관찰 할 수 있는 상태 변화 에너지 1조 김민재, 권희현

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에어컨은 냉매가 상태 변화할 때 열어너지가 출입하는 성질을 이용한 장치이다. 냉매는 끓는점이 낮기 때문에 건물 내부의 실내기를 지날 때에는 기화하면서 실내의 열에너지를 흡수하여 건물 내부가 시원해진다. 기화된 냉매는 건물 외부의 압축기와 응축기(열교환기)를 거치면서 액화되는데, 이때 열에너지를 방출한다. 따라서 건물 외부의 실외기 앞을 지날 때 뜨거운 바람이 나오는 것이다

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리드의 작은 구멍들 사이로 모세관 현상으로 인한 압력차 때문에 향 물질이 끌려 올라오면서 리드안 액체가 증발되며 향이 공기 중으로 발산된다.

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우주에서는 온도변화가 커서 우주비행사들은 상태변화 물질이 포함된 우주복을 착용한다. 고온에서는 우주복에 포함된 상태 변화 물질이 융해하면서 열에너지를 흡수하고, 저온에서는 상태 변화 물질이 응고해 열에너지를 방출하므로 우주복 안의 급격한 온도변화를 막는다

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컵 근처에 있던 기체가 컵 표면에 붙어서 냉각 되서 생긴다 (액화)

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물의 상태 변화: 교실에 있는 물병에는 물이 들어있습니다. 이 물을 가열하면 온도가 증가하고, 물은 수증기로 상태가 변화합니다. 이 과정에서는 에너지가 열 에너지로 전달되었습니다.

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차가운 우유팩 표면에 물방울이 맺힌다. (액화)

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의약품을 액화하여 주사제로 만들면 체내로 투여하기 쉽습니다.

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사용하고 씻은 물걸래를 열에너지 흡수를 좋게하기 위해 햇볕에 걸어두면 액체인 물을 품고있던 걸래에서 물이 기화하면서 걸래가 마른다.

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상태 변화 물질(PCM)의 원리

고온에서는 우주복에 포함된 상태 변화 물질이 융해하면서 열에너지를 흡수하고,  반대로 저온에서는 상태 변화 물질이 응고하면서 열에너지를 방출하므로 우주복 안의 급격한 온도 변화를 막을 수 있다.

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안경 렌즈 안팎의 온도 차이 때문입니다. 안경 렌즈의 온도가 접촉하고 있는 공기의 온도보다 상대적으로 많이 낮게 되면, 렌즈 표면 근처 공기의 물 분자 수용능력이 떨어지게 되어 공기 내 머금고 있던 물 분자가 렌즈 표면에 응결하게 됩니다.

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주변 온도가 28도 이상으로 올라가면 수분을 끌어모아 주변의 열을 흡수해 줍니다. 수분이 열에 의해 가열되면서 수증기가 됩니다. 이로서 우주복은 높은 온도에서 살아남을 수 있습니다.

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"바람막이"입니다. 바람막이는 바람을 막아주는 역할을 합니다. 우주에서는 바람이 없지만, 우주 비행사가 우주선에서 외부로 나갈 때 바람막이가 필요합니다. 바람막이는 우주복의 재질로 사용되어 비행사를 바람이나 미세한 입자로부터 보호해줍니다.

또 다른 중요한 상태 변화 물질은 "방수 소재"입니다. 방수 소재는 물을 통과시키지 않는 성질을 가지고 있어 비가 오거나 우주에서 발생하는 다른 액체로부터 비행사를 보호합니다. 이러한 소재는 우주복의 외부나 내부에 사용되어 비행사가 건조하고 안전하게 활동할 수 있도록 도와줍니다.

이러한 상태 변화 물질들은 초등학교 과정에서 다루는 개념들 중 하나이며, 관련하여 더 자세히 알아보는 것이 좋을 것입니다.