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1. 주변에서 비열과 열팽창의 사례를 찾아보세요.

2. 사례를 사진으로 찍거나 그림으로 표현하세요.

3. 사례가 어떤 원리로 발생하는지 간단히 설명하세요.

4. 아래에 있는 ‘추가’ 버튼을 눌러 사례를 업로드하세요.

업로드 시에는 사진/그림, 사례 제목, 원리 설명 이 포함되어야 합니다.

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선로에 틈을 만들어 여름에 선로가 늘어나 탈선을 방지한다

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1.원리: 비열이 큰 물질(예 : 세라믹,스테인리스)을 사용해 내용물의 온도를 오래 유지함 2. 응용: 비열이 조절된 물질을 내장해, 특정 온도(예: 60도)를 유지하는 스마트 머그도 있음. 예: 사진 )Ember머그

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온도가 올라가면 팽창하고 내려가면 수축하는 성질를 이용하여  온도를 측정

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열팽창을 이용한 수은 온도계

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열을 잴 수 있는 온도계 중 수은 온도계는 열팽창을 이용한 사례입니다. 수은이 열을 받으면 팽창하는 것을 활용한 온도계로, 온도계 안 기둥의 은색 기둥(수은)이 어느 눈금까지 올라가는지를 측정해서 온도를 알 수 있습니다. 하지만 수은의 열팽창 성질 때문에 일정 온도 이상 온도가 올라가면 온도계가 깨질 수 있다는 단점이 있습니다.

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우리가 평소에 따뜻한 국을 먹을때 너무 금방 식은 적이 있을 것이다. 하지만 우리나라 전통 그릇인 뚝배기에 담겨나오는 음식은 펄펄 끓으면서 천천히 식는 것을 알 수 있다. 그 이유는 뚝배기는 비열이 일반적으로 국을 담을때 쓰는 스테인리스보다 1.8배 크기 때문이다. 그러므로 뚝배기는 열을 더 국에 오래 전달할 수 있는 것이다.

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프라이팬은 열이 빠르게 전달돼야 하니까 열전도율이 높은 금속을 사용한다 금속은 비열이 작아서 금방 뜨거워지고 조리도 빨리 할 수 있다. 그리고 손잡이는 우리가 맨손으로 잡아야 하니까 열전도율이 낮고 비열이 큰 재질로 만들어서 천천히 뜨거워지고 안전하게 잡을 수 있다.

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열팽창을 이용한 음료수 병

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음료수 병에 음료수를 가득 채우면 열팽창으로 인해 병이 터질 수 있기 때문에 적당량만 채운다.(ex.코카콜라병^^)

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다리 상판의 철제 구조물은 온도 변화에 따라 팽창과 수축을 반복한다. 이때, 이음새 부분에 틈을 만들어 열팽창으로 인한 구조물 변형을 방지한다.다리의 이음새는 열팽창 현상을 고려하여 만들어진다.

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비열을 활용한 튀김요리

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기름은 물보다 비열이 작아서  같은 양의 열을 가했을 때 기름이 물보다 더 빨리 뜨거워진다. 기름의 이런 특성을 활용한다

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우리는 문을 자주쓴다.그런데 여름날에는 문이 아주 삐걱삐걱거리면서 잘 안닫힌다.그 이유는 열팽창 때문이다.문과 문틀은 거의 딱 붙어있따.그래서 항상 잘 닫힌다.그런데 여름이되면 문이 팽창하면서 딱 맞던 틈이 꽉 끼게된다.그래서 문이 잘 않닫히는거다.이건 관련이 없지만 나무문은 여름에 습기를먹어서 더 팽창해서 여름에 아주 않닫힌다고 한다.그리고 화재가 일어났을때 문이 더 팽창하면서 문을 열기 힘들다고 한다.

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프라이팬과 냄비:비열이 작은 알루미늄으로 만든 프라이팬이나 냄비는 온도가 빨리 올라가 음식을 빨리 조리하는 데 유리합니다. 반면, 비열이 큰 뚝배기는 음식을 오랫동안 따뜻하게 유지하는 데 적합하다 

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프라이팬과 냄비: 비열이 작은 알루미늄으로 만든 프라이팬이나 냄비는 온도가 빨리 올라가 음식을 빨리 조리하는 데 유리합니다. 반면, 비열이 큰 뚝배기는 음식을 오랫동안 따뜻하게 유지하는 데

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유리는 열을 받으면 팽창하는데, 만약 열이 고르게 퍼지지 않는다면 팽창 속도 때문에 내부에 균열이나 압력 차이가 생긴다. 유리가 이를 견디지 못하고 깨지게 된다.

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우주복은 열팽창 정도가 작은 소재로 만들고, 안에는 비열이 큰 물이 흐르는 관을 넣어 우주 비행사의 체온을 일정하게 유지한다

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물은 비열이 커서 온도가 쉽게 변하지 않다. 그래서 보온병에 물을 넣으면 천천히 식거나 데워져 오랫동안 온도를 유지할 수 있다. 보온병은 이중 벽 사이에 진공을 두는 구조로 되어 있어서 열이 잘 전달되지 않고, 물의 비열과 함께 작용해 보온과 보냉 효과를 높여준다.

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엔진 내부의 피스톤과 실린더는 고온에서 팽창하기 때문에, 열팽창률이 작은 알루미늄-실리콘 합금 소재를 사용해 작동 중에도 부품이 고장나지 않게 설계한 것입니다. 또한, 엔진의 과열을 막기 위해 비열이 큰 물과 에틸렌글리콜 혼합 냉각수를 사용해 엔진 온도를 안정적으로 유지했습니다.

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찌그러진 탁구공을 뜨거운 물에 넣으면 탁구공 안의 공기가 열팽창하여 원래대로 돌아온다

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팽창이 잘 되지 않는 금속과 팽창이 잘 되는 금속 두개를 위아래로 겹쳐 일정한 열을 가했을때 팽창이 잘 되는 금속이 팽창이 잘 되지 않는 금속쪽으로 휘어저 버튼에서 떨어진다. 이때 다리미가 꺼지며 온도가 내려가는 것이다.  (?)

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비열) 자동차의 엔진이 과열되며 문제가 발생되지 않도록 비열이 큰 물을 냉각수로 사용한다.

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1202 권민서 <온도계(액체온도계)> 열팽창 사례

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몸에 열이 있어서 온도계를 입에 넣으면 액체 온도계에 열이 가해서 온도가 올라갈 수록 액체 분자의 운동 에너지가 더 활발하게 움직여 온도계의 액체 기둥이 더 높이 올라간다.

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여름에 열팽창으로 관의 길이가 길어져 가스관이 파손될 수 있으므로 중간에 구부러진 부분을 만든다

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기차 철로 사이를 보면, 이음새 사이에 틈이 있다. 이는 여름에 날씨가 더워지면 철로가 열을 받아 팽창하게 되는데, 만약 이음새 사이에 틈이 없으면, 팽창한 철로가 밀려서 뒤틀리거나 휘어지게 된다. 그래서 열팽창을 고려하여 철로를 만들 때 철로 사이에 틈을 두고 설계한 것이다.

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CD 나 DVD는 얇은 플라스틱,혹은 알루미늄과 같은 금속성분으로 이루어져있어 태양광을 받으면 열팽창으로 인해 휘어지고 일그러진다. 특히 금속부분에 광학적인 무늬가 생기거나 무지개빛이 더 선명해진다. 이런 원리로 인해 CD 혹은 DVD의 형태를 변형하여 예술작품을 만든다.

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자동차 브레이크 디스크

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브레이크를 밟으면 브레이크 디스크에 마찰열이 가해진다.     비열이 큰 금속(철, 세라믹 등)을 사용하여 빠르게 식고 열에 강하다. 또한 열을 효과적으로 흡수하고 분산하여 안전하게 작동한다. 이는 비열이 큰 물질의 특성을 활용한 제품이다.

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사레는 국이나 찌개에 나무 숟가락과 쇠숟가락을 넣었을때  나무 숟가락이 더 안뜨거운 사례다.쇠숟가락은 상대적으로 비열이 낮지만 나무숟가락은 비열이 크기 때문에 국이나 찌개에 나무숟가락을 넣었을때 더 안뜨거운 이유가 위의 원리 때문이다.

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비열이 큰 물질을 사용하여 찝질팩을 만드면, 온도가 천천히 올라가며 천천히 식어서 오랫동안 따뜻함을 유지할 수 있다

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비열을 활용한  물주머니

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물은 비열이 크기 때문에 같은 열을 받아도 온도가 천천히 오르거나,열을 천천히 방출하면서 오랫동안 따뜻함을 유지함

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온도계의 온도가 올라가면 온도계 안에 들어있는 액체의 분자 운동이 활발해져 입자 사이 거리가 멀어지며 액체의 부피가 팽창한다. 온도 변화에 따라 액체가 유리관 안에서 위아래로 이동하며 온도계 눈금에 온도가 표시된다. 온도계는 이러한 열팽창 현상을 이용해 온도를 측정한다.

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고층건물 등의 큰 건물에서 쓰이며 낮에 큰 열을 받아 열팽창이 될 때 층 사이나 방 사이에 넣는다. 이때 이런 신축 이음을 넣지 않으면 열팽창으로 인해 콘크리트에 균열 등이 생겨 건물이 위험해질 수 있다.

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유리는 열전도율이 낮은 물질이다.그래서 뜨거운 물을 붓는 순간, 물이 닿은 안쪽 표면은 빠르게 데워지지만,바깥쪽은 아직 차가운 상태다.데워진 안쪽 유리는 팽창하려고 하지만, 차가운 바깥쪽 유리는 아직 수축 상태라 움직이지 않는다.이때 유리 내부에 큰 압력차가 생기고, 이 힘이 유리가 견딜 수 있는 범위를 넘으면 균열이나 파손이 생긴다.

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액체도 온도 변화에 따라 부피가 변하는 성질이 있다. 특히 휘발유 같은 유류는 온도 상승 시 팽창하여 부피가 커진다. 주유 시 일반적으로 온도가 높은 낮시간동안 온도가 낮은 밤시간에 주유하면 더 많은 양의 연료를 넣을 수 있다. 결과적으로 덜 더운 시간에 주유를 하는 것이 경제적일 수 있다.

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찜질팩에 뜨거운 물을 채워 사용하는 것은 비열이 큰 물의 특성을 활용하여 열을 오랫동안 유지하기 위함이다.

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고온에서 틈이 생기거나 끼임 금속이 팽창하면 부품끼리 잘 안 맞거나 헐거워질 수 있음 고정력이 약해짐.  나사가 열받으면 팽창. 

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비열이 큰 물을 활용하여 자동차 엔진의 과열을 막는다.

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유리병의 뚜껑을 열 때

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금속 뚜껑에 열팽창이 일어나 느슨해지기 때문에, 뜨거운 물에 담그면 잘 따진다.

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콘크리트 도로는 더우면 팽창하고, 추우면 수축합니다, 워낙 단단해서 늘어나거나 줄어드는 걸 견디질 못해서 팽창할 공간이 없으면 안쪽에 힘이 쌓여서 결국 갈라져버린다. 이걸 막으려고 도로에 일정한 간격으로 틈(팽창이음)을 만들어둔다. 그 틈 덕분에 콘크리트가 계절이나 낮밤 온도 변화에도 어느 정도 움직일 수 있어서 균열이 덜 생깁니다

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잼 뚜껑이 잘 안 열릴 때 뜨거운 물에 뚜껑 부분을 담가 팽창시켜 쉽게 열 수 있습니다.

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열팽창의 원리: 타지 마할은 대부분 대리석으로 만들어졌는데, 대리석은 열에 의해 팽창하는 성질이 있다. 인도는 극심한 기온 변화가 있는 나라여서, 낮에는 온도가 40도 이상 올라가고, 밤에는 급격히 식는다. 따라서 건축가들은 이런 열팽창을 고려해 구조물을 설계했다. 예를 들어, 돔이나 기둥 사이에 미세한 간격을 두거나 균일한 팽창을 유도하는 구조로 만들어 균열이나 뒤틀림을 방지했다. 비열의 원리: 대리석은 비열이 높은 편이다. 즉, 열을 천천히 흡수하고 방출해서 내부 온도 변화가 완만하다. 따라서 무덤 내부는 여름에는 시원하고 겨울에도 비교적 따뜻하게 유지돼, 온도변화로 인한 손상이 적다.

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전기밥솥은 물의 비열을 이용하여 밥을 짓는다. 물은 비열이 커서 밥솥 내부의 온도를 일정하게 유지해주고, 밥을 고르게 익히는데 도움을 준다. 또 전기밥솥의 온도 조절 장치에는 바이메탈 등이 사용되어 열팽창을 이용한다. 온도가 높아지면 바이메탈이 휘어지면서 전기가 차단되어 과열을 방지하고, 온도가 낮아지면 다시 붙어서 온도를 유지한다.

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철로를 구성하는 레일과 레일 사이에 의도적으로 만들어 놓은 간격을 의미합니다. 이는 여름철 레일이 열팽창으로 인해 휘거나 파손되는 것을 방지하기 위한 것입니다. 

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바닷가와 내륙의 기온 차 

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물은 비열이 크기 때문에 열을 천천히 흡수하고 천천히 식는다.반면에 땅은 비열이 작아서 낮에는 빨리 뜨거워지고, 밤에는 빨리 식는다.그래서 내륙 지역은 낮에는 덥고, 밤에는 확 추워져서 기온 차가 크다.이렇게 바닷가와 내륙의 기온 차이는 물과 땅의 비열 차이 때문이다.

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주전자로 물을 끓일때 뚜껑 흔들림

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물이 비열이 커서 천천히 데워지다가 끓기 시작하면 갑자기 많은 수증기가 생긴다. 이 수증기와 공기는 열팽창으로 부피가 늘어나며 주전자 내부 압력이 상승해 뚜껑을 밀어 올린다. 압력 변화로 뚜껑이 반복적으로 흔들리게 되는 것이다

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음료 내용물에 따른 팽창으로 인해 별이 깨지거나 터지지 않기 위해 내용물을 꽉 채우지 않는다. 특히 탄산음료인 경우 병안에있는 탄산가스가 온도가 올라가면 팽창 하여 병이 터질수 있다

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바이메탈을 이용한 사례로,바이메탈에 온도를 가했을 때 열팽창 정도의 차이 때문에 휘어지는 성질을 이용해 다리미의 온도가 설정값을 넘으면 자동으로 전원이 차단되면 꺼지며,온도가 낮아지면 다시 연결해 일정한 온도를 유지한다.

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뚝배기의 주재료인 흙은 알루미늄에 비해 비열이 크기 때문에 쉽게 식지 않아 찌개나 국 등을 오랫동안 따뜻하게 유지 시킬 수 있다.(참고)알루미늄의 비열은 약 0.215,흙의 비열은 약 0.25

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우주복은 갑작스러운 온도 변화를 버텨야 하기에 비열이 높은 재료를 사용하여 만든다. 우주는 온도 변화가 극심하여 우주복이 열팽창과 수축을 반복하면 파손의 위험이 있다. 따라서 우주복은 열팽창 정도가 작은 소재로 만든다.

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타이어의 계절에 따른 열팽창

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여름에 고속도로를 오래 달리면 타이어가 열을 받아 타이어안의 공기는 열팽창 한다.그래서 여름에는 공기를 조금 덜 넣는다. 꽉 채우게 되면 터질 수 있다. 타이어의 고무는 미세하게 열팽창 하지만 재질이 강해서 구조적으로 큰 변화는 없다. 겨울에는 타이어의 공기압이 감소 해서 공기 보충이 필요하 다

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온도계의 맨 아래쪽에는 액체(수은 또는 알코올)이 들어있는데,  이 액체가 열팽창하여 부피가 커지고 위로 팽창하며 온도를 표시할 수 있다. 이 두 액체는 사용하는 온도 범위가 넓고 물과 같은 다른 액체에 비해 잘 기화되거나 증발되지 않아서 온도계의 재료로 잘 사용된다.

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자동차 브레이크 디스크

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브레이크를 오래 사용해 디스크가 뜨거워지면 금속이 팽창하면서 변형되고, 그로 인해 브레이크 성능 저하나 소음, 진동 같은 문제가 생길 수 있다. 그래서 차량 설계할 때 열팽창을 고려해 디스크 소재와 구조를 정밀하게 만든다

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찜질팩은 내부에 들어 있는 젤이나 물이 열을 받으면 분자 운동이 활발해져 부피가 팽창하고, 이때 저장된 열을 천천히 방출하여 따뜻함을 전달하는 원리로 작동한다.

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샤워 할 때 금속 수도꼭지에 손을 대면 너무 차갑거나 뜨거워서 놀라는 경우가 있는데 물보다 비열이 작은 금속이 손에 열을 확 전달해서 같은 온도인데도 더 뜨겁거나 차갑게 느껴진다. (온도가 아니라 비열 차이 때문임)

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코르크와 유리의 열팽창 계수가 다르기 때문에 와인병이 안열이면 와인병의 앞부분을 뜨거운 물에 잠시 넣어두면 와인병의 유리가 코르크보다 더 빨리 팽창하여 병 입구의 유리와 코르크 사이에 틈이 생겨 와인병을 여는 것이 쉬워진다.

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금속은 비열이 낮아서적은 열로도 높은 온도의 열을 만들어 낼 수 있어서 옷에 직접 열을 전달해서 주름을 펴준다.또한 열팽창이 적용되어 전기다리미 안에는 바이메탈 온도 조절 장치가 들어 있다. 그래서 전기다리미가 뜨거워지면 전기를 차단하고 다시 식으면 전기를 연결한다.

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뚝배기와 같이 비열이 큰 그릇에  음식을 담거나 보관하면 온기가 오래 유지되어 음식을 따뜻하게 먹을수있지만, 반면에 양은냄비처럼 비열이 작은 음식은 빨리 식는다.

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아침에 바다에 가면 모래는 뜨겁고 바다는 모래에 비해 시원하며 밤에 바다에 가면 모래는 차갑고 바다는 모래에 비해 따뜻한 걸 알 수 있다. 이는 같은 온도에고 모래와 바다의 비열의 정도가 다른 원리 때문에 나타나는 것 이다

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뚝배기는 도자기나 세라믹 재질이다.세라믹과 도자기는 비열이 낮은 편이라 열을 천천히흡수하고 오랫동안 유지한다. 그래서열 보존이 잘 돼어 음식이 오랫동안 식지 않고 따듯한 것이다.(예시: 삼겹살집에서 나오는 계란찜을 오랫동안 식지 않아 한숟갈 크게 떠서 먹었다간 저승사자랑 하이파이브 가 가능하게 된다.)

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스마트 유리는 온도나 전기에 따라 투명도, 색상, 열차단 기능이 조절되는 유리다. 내부에는 아르곤 등의 비열이 높은 기체가 주입되어 외부 열이 실내로 전달되는 것을 막아 냉난방 효율을 높인다.또한 유리는 열에 따라 팽창하기 때문에 설치 시 열팽창을 고려해 유리와 프레임 사이에 미세한 틈을 둔다.

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밥을 지을 때 물을 넣는 이유

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밥을 지을 때 물을 넣는 이유는 쌀알 내부의 전분을 호화시켜 밥을 부드럽고 찰지게 만들기 위해서도 있지만 밥을 지을 때 비열이 작은 냄비가 빠르게 뜨거워지더라도 비열이 큰 물이  쌀이 골고루 익게하고 타거나 눌러붙는것을 방지해주기 때문이다.

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제조업체에서 병이나 팩에 음료수를 담아밀봉할때, 가득담지않고 빈공간을 남기는건 액체의 열팽창으로 인해 병의파손이나 누액을 방지해서야되서다.

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바이메탈 룸 온도 조절기

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바이메탈 디스크가 일정한 온도에 도달하면 즉각적으로 접점 스위치를 발동한다.냉-난방 모드전환이 간편하고 터치노브,디지털 디스플레이 옵션이 답제되어 있다.고장률도 낮고 스마트 기능이 필요없고 전원 없이도 안정적으로 작동한다.실내 온도 유지에도 탁월하다.

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전기포트는 물을 끓일 때 사용하는 전기기기이다. *비열* 물은 비열이 큰 물질이라서 데우는 데 시간이 걸리지만, 그만큼 열을 많이 저장할 수 있다. 전기포트는 이 특성을 이용해, 물의 온도가 일정 수준 이상으로 올라가는 걸 천천히, 안정적으로 확인할 수 있고,정확한 시점에 전원을 끄는 데 도움이 된다. *열팽창* 전기포트 안에는 바이메탈이라는 금속 부품이 들어 있다.이 부품은 두 가지 금속이 붙어 있는 얇은 판인데,열을 받으면 금속마다 팽창하는 정도가 달라서 판이 휘어지게 된다.물이 100도에 도달하면, 이 바이메탈이 휘어져 스위치를 끊고 전원을 차단한다. 그래서 물이 계속 끓어 넘치지 않도록 막아주는 역할을 한다.

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라디에이터의 온도 조절 원리: 난방기구인 라디에이터의 온도 조절 장치에 비열과 열팽창 원리가 모두 쓰인다. 먼저 비열의 활용을 보면 라디에이터 안에 물(온수)가 들어있는 것을 볼 수 있다. 물은 비열이 커서 온도가 천천히 변한다. 따라서 방 온도가 일정하게 유지될 수 있게 열을 일정량 만큼 배출한다. 그 다음으로 열팽창의 예를 보면 열팽창은 라디에이터에 연결된 금속 밸브에 쓰인다. 라디에이터에 연결된 금속 팽창 밸브가 온도가 변하면 금속이 열팽창을 하거나 수축해서 밸브가 열리고 닫힌다. 이 팽창 밸브가 물 흐름을 자동으로 조절해서 난방 온도를 일정하게 유지한다.