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1. 실험에서 사용된 고체 재질은 무엇이었나요?

2. 가열 후에 고체의 길이는 어떻게 변했나요?

3. 실험에서 고체의 온도를 올리기 위해 사용한 방법은 무엇이었나요?

4. 측정 장치(지시 바늘, 눈금 등)는 어떤 역할을 했나요?

5. 고체가 가열될 때 길이가 늘어나는 현상을 입자 모형으로 설명해 보세요.

6. 같은 온도 변화에서도 재질마다 팽창 정도가 다른 이유는 무엇인가요?

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금속(고체)의 열팽창 실험

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바이메탈 - 자바실험실

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바이메탈 바이메탈은 열팽창 정도가 다른 두 금속을 붙여 놓은 것으로, 바이메탈의 온도가 올라가면 열팽창 정도가 작은 쪽으로 휘어집니다. 이와 같은 바이메탈은 전기밥솥, 전기다리미 등에서 전원을 끊거나 연결하여 온도를 일정하게 유지시키는 데 이용됩니다.

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인바(Invar) 합금: 니켈-철 합금으로, 낮은 열팽창 계수를 갖습니다. 정밀 기기, 시계, 항공우주 분야에서 활용됩니다.

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붕규산유리로 만들어지고

내열 유리는 일반 유리와 비교했을 때 열팽창 계수가 낮아, 온도 변화에 따른 수축과 팽창이 적습니다. 이로 인해 갑작스러운 온도 변화에도 깨지지 않고 형태를 유지할 수 있습니다.

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1. 유용한점은 건물,다리,철도 레일에 열팽창을 고려한 틈을두면 여름에늘어나도 파손되지 않는다

문제되는점은 유리컵에 뜨거운물을 갑자기 부으면 유리 푶면이 급격히 팽창해서깨질수도 있다

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1.시설물이나 장치를 만들때 열팽창 정도를 활용하거나 고려한다면 안전하고 편하게 쓸수있다.

2.열팽창을 고려하지 않은 구조물은 예시로 유리 냄비,유리컵에 뜨거운물을 바로 넣었을때 깨지는 현상을 볼수 있다.

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3.실제 적용 사례로 위성거울이있다.ULE유리+대칭 경량 구조로 만들어 궤도 온도변화에도 초정밀을 유지할수 있게한다.또한 이방성 제어는 재료 방향별 팽창률을 활용해 전체 팽창을 최소화하였다

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2, 열팽창 현상을 고려하지 않은 구조물 설계가 어떤 위험을 초례할수있는 예시

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2, 열팽창 현상을 고려하지 않은 구조물 설계가 어떤 위험을 초례할수있는 예시

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🔹 철도 레일 열팽창 사고

원인

철은 온도가 오르면 길이가 늘어나고, 내리면 줄어듭니다.

여름철 낮에는 레일 표면 온도가 50~60℃까지 올라갈 수 있는데,

이때 레일이 팽창하려고 하지만, 양쪽이 단단히 고정돼 있으면 늘어날 공간이 없습니다.

팽창할 공간이 없으면 레일이 위나 옆으로 휘어짐 (이 현상을 ‘썬컬버클(sun kink)’이라고 부름)

결과

레일이 휘어지면 열차 바퀴가 궤도에서 벗어나 탈선할 수 있습니다.

실제로 2000년대 이후 세계 여러 나라에서 여름 폭염 시 이 사고가 보고됨.

2002년 미국 메릴랜드주 사고: 고온에 레일이 변형되어 화물열차 16량이 탈선 → 인근 도로 마비, 화재 발생.

예방 방법

레일 설치 시 계절별 온도 변화에 맞춰 틈새(레일 갭) 확보

온도 변화에 덜 민감한 장대레일(Continuous Welded Rail) + 클리프 구조 사용

여름철 폭염 예보 시 속도 제한 및 점검 강화

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장점

1.온도계:온도계속에 들어있는 액체의 열팽창을 이용하여

온도를 나타내 유용함

2.바이메탈: 서로 열팽창온도가 다른 금속을 붙여 만든 것

특정 온도를 넘어서면 열팽창에 의해 휘어져

전류를 차단시킴(예:다리미,전기주전자 등)

단점

1.물,음료수를 가득채운 페트병이 열을받아 팽창하면

터져버려서 내용물이 넘침

2.콘크리트를 간격없이 포장하면 열팽창시 도로에 균열이가거나

도로가 튀어나올수 있어 위험하다

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열팽창을 고려하지 않으면 건물은 다 부셔질것 입니다 열팽창을 고려하지 않으면 유리에 뜨거운물 뿌리고 안깨지는 것을 비는것과 같습니다 건물이 부셔지면 아래 있던 사람도 다칠 위험이 있어서 더 위럼합니다

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1번

열팽창의 특성을 활용하여 온도계나 바이메탈 등등 살아가며 필요한것들을 만들게 되었습니다. 단점은 열팽창 뚜껑이 잘 안 열리는 경우가 있습니다. 이는 잼 병과 뚜껑의 재질과 열팽창 계수 차이로 인해 발생합니다. 병은 차가워지면서 수축하고, 뚜껑은 덜 수축하여 뚜껑이 병에 단단히 고정되기 때문입니다

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3.탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)(카본)

열팽창 특성:탄소 원자는 결합이 매우 강해서,온도변화에 따른 길이 변화가 별로 없음

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1. 열팽창 현상은 우리 생활에서 언제 유용하고, 언제 문제가 될까요?

2. 열팽창을 고려하지 않은 구조물 설계가 어떤 위험을 초래할 수 있을까요?

3. 열팽창을 최소화하거나 조절하기 위한 기술에는 어떤 것들이 있을까요?