[창의력 키우기] 과학 창의력

'헬로∼공부야'는 영재교육 전문기관 와이즈만의 도움으로 과학 창의력과 수학 사고력을 키워줄 수 있는 예시문항을 번갈아가며 게재합니다. 이번 주에는 온도계 없이 온도를 잴 수 있는 방법, 바닷물로 담수를 만드는 원리 등의 주제를 다룹니다.



[초등]

온도계 없이 온도 재는 방법

우리는 흔히 몸의 감각을 통해 온도를 파악하곤 합니다. 예를 들면 엄마가 아기의 목욕물 온도를 맞추기 위해 팔꿈치를 넣어 보거나 아이가 먹을 우유의 적당한 온도를 알아내기 위해 손등에 우유를 한두 방울 떨어뜨려보는 행동이 그렇습니다. 또 우리는 자연 현상을 보고 온도를 파악하기도 합니다. 튤립의 경우, 밤이 되어 온도가 내려가면 꽃잎이 오므라드는 반면 온도가 올라가는 낮에는 꽃잎을 활짝 피웁니다. 즉, 튤립의 모양을 보고 온도를 추측할 수 있는 거지요.

<문제>

앞의 예처럼 온도계 없이도 온도를 알 수 있는 방법을 생각해서 적어 보세요.

<해설>

이 문제를 풀기 위해서는 온도와 관련된 현상을 많이 알고 있거나 이와 관련된 경험을 갖고 있는 것이 유리합니다. 얼음은 0℃, 끓는 물은 100℃, 우리의 체온은 36.5℃, 에탄올이 끓는 온도는 78℃ 등으로 기준이 되는 온도가 있으므로 이를 활용한다면 많은 것을 이야기할 수도 있겠네요. 또한 온도에 따라 생활 방식이 달라지는 생물도 있고, 온도에 맞게 색깔이 달라지는 금속, 시약 등을 이용해 온도의 변화를 알 수 있는 방법 등을 이용한 답안도 나올 수 있습니다. 또 답안을 작성할 때는 '꽃잎은 온도에 따라 꽃잎을 열고 닫는다' 보다는 '튤립의 경우 10℃ 정도에서는 꽃잎이 닫히고 25℃ 정도에서는 꽃잎이 열린다'와 같이 구체적으로 쓴다면 누구나 쉽게 이해할 수 있을 것입니다.

풍선 안의 공기가 온도에 따라 부피가 달라지는 것, 쇠가 온도에 따라 부피가 늘어나서 휘어지게 되는 것, 그리고 부표나 용해 시간 등을 이용하는 방법 등을 생각해 볼 수 있습니다. 각 방법으로 어떻게 온도를 측정할 수 있는지 구체적인 설명까지 덧붙인다면 더 좋겠습니다. 예를 들어 쇠를 이용하는 경우, '금속은 온도 변화에 따라서 늘어나는 정도가 다르기 때문에 온도에 따라 늘어나는 정도가 다른 두 금속판을 나란히 붙여서 온도에 따라 덜 팽창하는 쪽으로 휘어지는 정도를 재 두었다가, 나중에 휘어진 정도를 보고 온도를 알 수 있다'와 같은 방식으로 구체적으로 설명한다면 더 좋은 평가를 받을 것입니다.



[중등]

바닷물로 담수 만들기

21세기 가장 중요한 자원은 무엇일까요? 석유나 천연가스 같은 연료 자원도 있고 금이나 구리, 철광석 같은 광물 자원도 있습니다. 그렇지만 이런 자원들은 인간의 생명과 직접적인 연관을 가지지는 않습니다. 전 세계에서 4억 명 이상의 사람들이 식수나 생활용수 등의 물 부족 현상을 겪고 있습니다. UN에서는 이런 현상이 인구의 증가와 더불어 더욱 심각해져 2050년 무렵에는 지구 전체 인구의 절반 정도인 40억 명에 가까운 사람들이 물 부족 현상에 직면할 것이라고 예상하고 있습니다. 지구에는 많은 물이 있지만 그 중 대부분이 바닷물이며 바닷물은 식수로 사용할 수 없습니다. 이를 극복하기 위해서 바닷물을 식수로 바꾸는 '해수 담수화' 사업이 물 공급 문제의 해결책으로 떠오르고 있습니다. 현재 우리나라는 해수 담수화 부분에서 세계 1위를 달리고 있습니다. 주로 중동 지역에 대규모 시설을 만들고 있고, 우리나라의 연안 섬들에도 작은 규모의 담수화 시설이 들어서고 있습니다.

<문제>

그렇다면 바닷물을 어떻게 담수로 만드는 것일까요?

<해설>

바닷물을 담수로 만드는 방법에는 크게 두 가지가 있습니다. 한 가지는 바닷물을 끓여서 수증기를 다시 모아서 만드는 증류식 방법이 있습니다. 과거의 해수 담수화 설비들은 주로 이 방법을 사용했는데 물을 끓여야 하기 때문에 연료 소비량이 많습니다. 연료의 가격이 점점 올라가는 최근에는 역삼투압 방식을 사용하거나 증류식과 역삼투압 방식을 같이 사용하는 설비들이 등장하고 있습니다. 역삼투압 방식은 삼투압을 이용해서 가열하지 않고 담수를 얻는 방법입니다. 삼투압이란 막으로 분리된 용액과 용매 사이에서 작용하는 압력으로 농도를 같게 유지하기 위해 용매 분자들이 이동하는 압력입니다. 배추를 절일 때 소금을 뿌리면 물이 나오면서 배추가 시들해집니다. 이는 외부의 소금과 농도를 맞추기 위해서 세포 내부의 물이 빠져나오기 때문입니다. 이를 반대로 이용해서 특수한 막의 반대 방향에서 압력을 가해주면 용액에서 순수한 물만을 뽑아낼 수 있습니다. 가정에 있는 정수기에도 이와 같은 원리를 사용합니다. 지구 전체의 물 중에서 97%를 차지하는 바닷물을 식수로 사용할 수 있게 되면 인류의 물 부족 현상도 크게 줄어들 수 있을 것입니다.
/ 입력시간: 2008. 07.22. 15:37