과학놀이터 16. 보이지 않는 물
눈에 보이지는 않지만, 공기 중에는 물이 수증기 상태로 포함되어 있죠. 이렇게 공기 중에 수증기가 포함되어 있는 정도를 우리는 '습도'라도 부릅니다. 습도를 측정하는 재미있는 장치를 간단히 만들 수 있습니다. 어린아이들에게는 간접적으로 공기 중에 물이 있다는 것을 보여주는 실험도 할 수 있죠. 음... 아직 국내에는 별로 소개되지 않은 실험입니다. 아이들과 함께 해보세요.
▢ 주제: 보이지 않는 수증기 확인하기(껌 종이로 간이 습도계 만들기)
▢ 우리가 배우는 과학 교과서 내용과 관련 있어요.
- 5학년의 ‘날씨와 우리 생활’ 단원에서는 우리 생활과 관련된 날씨 요소들을 배웁니다. 날씨 요소란 날씨와 관련된, 날씨에 영향을 주는 요소들을 말합니다. 공기, 수증기, 온도, 기온, 습도, 구름, 이슬, 안개, 비, 눈, 기압, 바람, 공기 덩어리(기단) 등이 날씨 요소입니다.
▢ 호기심이 생겨요
- 봄이나 가을이 되면 산불이 자주 일어납니다. 왜 그런 걸까요? 또 봄이나 가을이 되면 몸이 건조해지면서 가렵기도 합니다. 그래서 엄마는 꼭 보습제인 바디크림을 바르라고 이야기하시죠. 이런 것은 왜 일어나는 걸까요? 날씨 요소 중 이 녀석과 관련이 많습니다. 뭘까요?
▢ 준비물
- 껌 종이(껌을 싸고 있는 은박지) 1장, 이쑤시개 1개, 가위 1개, 유성매직 1개, 송곳 1개, 10 Cm × 10 Cm 크기의 스티로폼 조각(또는 나무판자, 이쑤시개를 세워놓을 수 있는 것이면 아무거나 됨), 추가로 따뜻한 물, 종이컵 1개, 큰 그릇 1개
▢ 과학 놀이 방법
1. 껌 종이를 반으로 자르고, 반으로 자른 껌 종이의 끝부분을 마름모(아래에 있는 그림처럼) 모양이 되도록 자릅니다.
2. 껌 종이의 끝을 테이프로 이쑤시개에 붙이고, 이쑤시개에 돌돌 말아줍니다. 그리고 뾰족하게 만들었던 반대편 끝 부분은 바깥쪽으로 ‘ㄱ’ 자가 되도록 접어줍니다.
3. 껌 종이를 만 이쑤시개를 스티로폼 조각 중앙에 꽂아 고정시킵니다.
4. 껌 종이 지침이 가리키고 있는 지점을 유성매직으로 표시합니다.(유의점: 껌 종이를 이쑤시개에 만 직후에는 스스로 풀릴 수 있기 때문에, 껌 종이가 움직이지 않을 때 표시합니다.)
5. 앞서 표시한 중심을 기점으로, 이쑤시개에 말려있는 껌 종이가 풀리는 방향으로 습도가 높아짐을 화살표로 표시합니다.
6. 짧은 시간에 변화를 확인하기 위해서는 따뜻한 물이 든 종이컵을 간이 습도계 옆에 둔 후 큰 박스나 그릇으로 잠시 동안(10초) 덮어 둡니다.
7. 덮개를 제거한 후 껌 종이의 지침을 확인합니다.
▢ 결과를 보며 과학적으로 생각해봐요.
- 결과는 어떤가요?
- 왜 이런 결과가 일어났을까요?
- 결과에 영향을 미친 것은 무엇일까요?
- 껌 종이는 왜 그런 현상을 일으킬까요?
- 반대의 결과를 만들려면 어떻게 해야 할까요?
▢ 과학 놀이 결과
- 덮개를 열면 껌 종이 지침이 풀려있는 것(바깥쪽으로 풀린 것)을 확인할 수 있습니다. 이것은 따뜻한 물에서 나온 수증기로 인해 주변의 공기의 습도가 높아졌기 때문입니다.
▢ 놀이 속에 숨어 있는 과학
- 공기 속에는 물의 기체 상태인 수증기가 들어 있습니다. 이렇게 공기 중에 있는 수증기의 양을 우리는 ‘습도’라고 합니다. 습도가 높다는 것은 공기 중에 수증기의 양이 많다는 것을 뜻합니다. 여름 철 눅눅하고 끈적거리는 이유는 공기 중에 수증기가 많아, 즉 습도가 높다는 것입니다. 봄이나 가을에는 습도가 낮아 건조한 날씨가 계속됩니다. 이럴 때는 화재가 잘 일어납니다. 눅눅한 나무보다 바짝 마른 장작이 잘 타는 것과 같습니다. 그래서 봄이나 가을에는 습도가 낮아 화재 위험이 높으므로 더 조심해야 합니다.
이번 실험에서 껌 종이의 지침은 습도가 낮아지면(공기 중에 수증기가 적어지면) 안쪽으로 말리고, 습도가 높아지면(공기 중에 수증기가 많아지면) 바깥쪽으로 풀립니다. 껌 종이는 껌이 눅눅해지는 것을 방지하기 위해 습기를 차단하는 성질을 가진 알루미늄 포일로 종이를 감싸고 있습니다.
습기를 잘 흡수하는 종이와 습기를 흡수하지 않는 알루미늄 포일의 성질 차이가 바로 이 간이 습도계의 원리입니다. 종이는 습기를 흡수하면 늘어나고, 습기를 잃으면 줄어들지만, 알루미늄 포일은 습기에 상관없이 늘어나거나 줄지 않습니다. 따라서 공기 중 수증기의 양에 따라 알루미늄 포일에 비해 상대적으로 안쪽에 붙은 종이가 팽창 또는 수축하면서 껌 종이가 바깥쪽으로 풀리거나 안쪽으로 말리는 현상이 나타나게 되는 것입니다.
껌이 종이가 아닌 종이 포일에 싸여 있는 이유도 같은 이유입니다. 종이로만 싸여 있으면 습도가 높은 날은 눅눅하게 되고, 습도가 낮은 날은 껌에 있는 수분이 증발하여 딱딱하게 되니, 이것을 방지하기 위해서 종이 포일을 사용한다고 합니다.
▢ 더 탐구
습도계에는 모발을 이용해서 만드는 모발 습도계가 있습니다. 모발, 즉 머리카락은 습도에 민감하여 습도가 높으면 늘어나고, 습도가 낮으면 짧아집니다. 이런 원리를 이용하여 모발 습도계를 만듭니다. 모발 습도계에 사용하는 모발은 누구의 모발을 사용할까요? 주로 20대 여성의 머리카락을 사용한다고 합니다. 왜 그럴까요? 그렇죠. 20대 여성의 머리카락이 습도에 민감하게 반응하기 때문입니다. 여러분도 여러분의 모발을 이용하여 간이 습도계를 만들어 보세요. 어떻게 만들어야 할까요? 머리카락이 늘어나고 줄어드는 정도를 이용해야 하니, 그 점을 생각해보세요.
