열전달과 온도

온도란 일정한 기준치에 대해 상대적으로 얼마나 뜨거운지 또는 차가운지를 나타내는 양이다. 그러나 다른 방법으로 온도를 말할 수도 있다. 공기는 수없이 많은 원자와 분자의 혼합체이다. 눈에 보이지는 않지만 이것은 모든 방향으로 움직인다. 마치 성난 벌떼처럼 자유 분방하게 치닫고 비틀리고 회전하고 다른 원자나 분자들과 충돌한다. 지표면 가까이에서 공기 분자는 자기 직경의 약 1천 배를 이동해야 다른 분자와 충돌할 수 있다.

 

 

모든 원자와 분자가 일제히 똑같은 속도로 움직이는 것이 아니라 어떤 것은 빨리, 어떤 것은 느리게 움직인다. 이와 같은 운동과 결합한 에너지를 운동에너지라 한다. 공기의 평균 운동에너지를 측정한 것이 기온이다. 간단히 말해 기온이란 원자와 분자의 평균 운동 속도를 나타내는 척도이며 평균 운동속도가 빠를수록 기온은 높아진다.

 

가령 커다란 풍선만한 부피의 공기를 가열한다고 가정해보자, 공기 분자들은 움직임이 더 빨라질 것이다. 그러나 분자와 분자 사이는 더 멀어질 것이다. 이것은 공기밀도가 작아진다는 뜻이다. 반대로 공기를 차게 하면 분자들의 운동 속도는 느려지는 대신 밀도는 커진다. 이러한 운동 특성에 근거해서 "따뜻하고 밀도가 작은 공기" 또는 " 차갑고 밀도가 큰 공기" 라는 표현을 쓰기도 한다.