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불은 진한 빨간색일 때 600~800℃, 노란색일 때 1100℃, 흰색일 때 1300~1500℃, 그리고 가장 뜨거운 푸른빛일 때 1400~1650℃입니다. 우리가 보통 ‘불’ 하면 빨간색을 떠올리는 이유는 빨간 불꽃을 많이 봤기 때문이죠.
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안녕하세요! 과학쿠키입니다.
이번 도화주세요에서도 역시나 참 재미있는 질문들이 올라왔어요!
특히 1번질문!!!! 너무 궁금하지 않으신가요?
그 비밀을 시원하게 해결해드립니다 🙂
1. 그림 직접 그리시는 건가요?
2. 빨간색 불꽃이 더 뜨거워요, 파란색 불꽃이 더 뜨거워요?
3. 우리는 미적분을 왜 배우는건가요?
4. 빠르게 달리는 자동차에서 파리가 멀쩡하게 날아다닐 수 있는 이유는 무엇일까요?
오늘은 이 4가지 질문들에 대해 만나보실거에요! 준비되셨나요? 그럼 만나보시죠!
#사실아마테라스가제일뜨겁습니다 #그림직접그리는거에요ㅠㅠ #함께움직이고있다면우리는이미한식구
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Edit Software Info
– Adobe Premiere Pro CC
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BGM List (All Youtube Presents)
Wave in the Atmosphere
Under Cover
Destination Unknown
Cast of Pods
Morning Stroll
National Experss
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불 – 나무위키:대문
물질이 연소할 때 내는 빛은 온도에 상관없이 전부 파란색이다. 불꽃심은 온도가 1000도가 안됨에도 불구하고 파란색이다. 따라서 불이 파란색인 것이 …
Source: namu.wiki
Date Published: 9/18/2021
View: 4406
불 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전
불(火, 영어: fire)은 뜨거운 물질이 산소와 결합하여 연소하며, 에너지를 빛과 열의 형태로 방출 … 1 역사; 2 불의 온도 … 불의 온도편집. 불의 온도는 산소가 …
Source: ko.wikipedia.org
Date Published: 11/1/2022
View: 9889
불(Fire)은 왜 그리고 얼마나 뜨거운가? – 직장인의 실험실
진한 붉은색의 불꽃은 약 800-1000°C, 주황색-노란색은 약 1200°C이며, 흰색 불꽃은 1400-1600°C의 온도에서 볼 수 있습니다. 푸른색의 불꽃은 1650°C 이상의 온도에서 볼 …
Source: luvlyday.tistory.com
Date Published: 3/24/2021
View: 883
불의 기초상식 | 대구소방안전본부
일반적으로 연소는 어떤 물질이 산소와 화합하는 반응중에 열이 발생하여 온도가 상승하고 그 결과 “강한 열과 빛을 동반한 산화반응현상” 이라고 할 수 있다. 불(연소)의 …
Source: www.daegu.go.kr
Date Published: 10/4/2021
View: 5914
담뱃불의온도는 몇도일까? – 비즈폼
담뱃불의 온도는 담배에 불을붙엿을때가 500도이고 빨고있을때는 800도까지올라갑니다. 그러니 담뱃불을 피부에 지지는 행동은 정말 미친짓이라고할수있죠;;
Source: www.bizforms.co.kr
Date Published: 4/17/2021
View: 1003
어떻게 하면 불의 온도를 몇백 몇천도 까지 올릴 수 있을까?
불은 연료가 타서 열을 내는것입니다. 불이 열을 내는것은 연료의 열량에 의해 나는것이지요. 그리고 그열은 공기와 연소가스를 가열하여 온도가 오르 …
Source: akjw2501.tistory.com
Date Published: 12/30/2022
View: 3218
불의 정체를 밝혀라 – 브런치
스피카는 표면온도가 약 2만℃이지만 가스레인지의 파란색 불꽃은 1500℃ 정도로 비교조차 되지 않습니다. 이렇게 온도가 차이 나는 이유는 파란색 빛을 …
Source: brunch.co.kr
Date Published: 5/29/2021
View: 4366
불 – 해시넷 위키
불의 온도는 산소가 많을 수록 온도가 올라가기도 한다. 일반적인 온도. 촛불의 불꽃: 1,400 °C; 용접 토치의 불꽃: 2000 °C; 분젠버너의 불꽃: 1,300 …
Source: wiki.hash.kr
Date Published: 8/8/2022
View: 4919
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주제에 대한 기사 평가 불 온도
- Author: 과학쿠키 [Science Cookie]
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- Date Published: 2018. 10. 15.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=x4Ue4MRVnYs
위키백과, 우리 모두의 백과사전
불(火, 영어: fire)은 뜨거운 물질이 산소와 결합하여 연소하며, 에너지를 빛과 열의 형태로 방출하는 산화 과정이다. 보통 가연성 물질이 충분한 산소, 열과 결합할 때 발생한다. 원자가 고온의 상태에 놓이면 전자를 잃고 전리되는데, 이렇게 전리된 고온의 플라스마가 내는 전자기 파동이 불의 형태가 되어 보이는 것이다. 1777년에 프랑스의 화학자인 라부아지에가 증명한 불타는 현상인 연소는 산소와 다른 물질이 급속하게 결합하면서 생긴다.
인류는 불을 이용하여 조명으로 사용하고 체온을 보존하며 짐승으로부터 안전을 유지하였다. 음식물을 익혀 먹는 등 많은 이익을 얻었고, 이로 인해 영양소를 더 많이 흡수할 수 있게되어 뇌 발달 등에 큰 도움을 주었다. 불을 문명의 상징이라고 생각하는 사람도 있다. 물과 함께 불을 일으키기 위한 연료의 확보는 모든 시대에 있어서 중요한 자원이 되고 있다.
인간의 사고 속에서도 불은 중요한 지위를 차지한다. 고대 그리스나 중국의 철학에서는 불은 원소의 하나로 생각되었으며, 불을 신앙의 대상으로 삼는 종교도 있다. 대표적으로 불을 숭배하는 종교는 배화교(조로아스터교)가 있다.
또한 불은 화재나 전쟁 등 죽음이나 파괴의 상징으로 여겨질 때도 있다. 대표적으로 임진왜란 경복궁 화재 사건, 숭례문 방화 사건, 창경궁 문정전 방화사건 등은 불로 인하여 발생했다(현재는 복원된 상태이다).
역사 [ 편집 ]
인류가 언제부터 불을 사용하기 시작했는지는 명확히 알려지지 않고 있다. 인류가 갑자기 불을 만들어내기 시작했다고는 생각하기 어렵기 때문에 낙뢰나 산불에 의해 불타고 있는 나뭇가지 등을 주거 혹은 동굴에 가져가 불씨로서 보존하고 있었다고 생각된다. 현재까지 발견된 가장 오래된 불의 사용 자국은 150만 년 전 남아프리카, 스왈시크란스 동굴이나 140만 년 전 동아프리카의 케냐의 체소완자 유적 등이다.
불의 온도 [ 편집 ]
불의 온도는 산소가 많을수록 온도가 올라가기도 한다.
일반적인 온도 [ 편집 ]
촛불의 불꽃: 1,400 °C
용접 토치의 불꽃: 2000 °C
분젠버너의 불꽃: 1,300 ~ 1,600 °C
소형발염기(blow torch)의 불꽃: 1,000 °C
담뱃불 흡입시: 800 °C 흡입하지 않는 평상시: 400 °C ~ 585 °C
눈에 보이는 불의 온도 [ 편집 ]
1/400초에서 찍은 불의 모습
불꽃의 온도는 빛깔에 따라 다르다:[1]
빨간 빛깔 눈에 보임: 525 °C Dull: 700 °C Cherry, dull: 800 °C Cherry, full: 900 °C Cherry, clear: 1000 °C
주황 빛깔 Deep: 1100 °C Clear: 1200 °C
흰 빛깔 Whitish: Bright: 1400 °C Dazzling: 1500 °C
사진 [ 편집 ]
불의 모습.
불붙은 성냥의 모습.
불의 모습.
같이 보기 [ 편집 ]
각주 [ 편집 ]
불(Fire)은 왜 그리고 얼마나 뜨거운가?
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불은 왜 그리고 얼마나 뜨거운가?
불은 왜 뜨겁고 얼마나 뜨거운가?
불은 언제나 뜨겁습니다. 불은 ‘연소’반응의 결과인데 이 과정에너 화학결합이 끊어지고 형성 에너지(열)가 방출되기 때문입니다. 즉, 반응물인 연료와 산소가 반응하여 이산화탄소와 물로 바뀌는 과정입니다. 반응을 시작하기 위해 연료와 산소 원자 사이의 결합을 끊기 위해서는 에너지가 필요하지만 연료의 원자가 이산화탄소와 물에 결합 할 때 훨씬 더 많은 에너지가 방출됩니다.
연료 + 산소 + 에너지 → 이산화탄소 + 물 + 에너지
여기서 발생되는 에너지는 빛과 열의 형태로 방출됩니다. 눈으로 보이는 붉은 불꽃은 이 에너지의 가시적인 증거입니다. 연소 과정에서 보이는 붉은 불꽃(화염)은 대부분 뜨거운 가스로 구성됩니다. 뜨거운 백열등이 밝게 빛나는 것과 유사하게 불꽃 또한 이온화된 가스로부터 빛을 발생시킵니다.
그렇다면 왜 불은 뜨거운가요?
프로판의 연소반응을 나타낸 에너지 다이어그램
불은 사용하는 연료와 관계없이 항상 뜨겁습니다. 그 이유를 간단히 말하면 연료에 저장된 화학 에너지가 산소와 반응하며 일시에 방출되기 때문입니다. 여기서 방출되는 에너지는 연료를 반응(점화)시키기 위해 필요한 에너지보다 훨씬 많습니다.
불은 얼마나 뜨거운가요?
연소를 통해 방출되는 열 에너지의 양은 연료의 화학 성분, 반응시 산소의 농도, 측정되는 화염의 부분의 위치 등 여러 가지 요인에 따라 달라지기 때문에 특정 값으로 정의하기는 어렵습니다. 예를 들어, 대기 중에서 프로판은 1980°C에서 연소되지만 순수한 산소와는 훨씬 더 뜨거운 2820°C에서 연소됩니다. 심지어 아세틸렌은 순수한 산소와 반응하여 3100°C의 엄청난 고온의 열을 발생시킵니다.
연소 시 불꽃의 색을 보면 대략 얼마나 뜨거운지를 알 수 있습니다. 진한 붉은색의 불꽃은 약 800-1000°C, 주황색-노란색은 약 1200°C이며, 흰색 불꽃은 1400-1600°C의 온도에서 볼 수 있습니다. 푸른색의 불꽃은 1650°C 이상의 온도에서 볼 수 있으며 보통 가장 뜨겁게 타오르는 곳에서 관찰됩니다. 가스 버너의 푸른색 불꽃은 촛불에서 나오는 밝은 노란색의 불꽃보다 훨씬 더 뜨겁다는 의미입니다.
불꽃의 가장 뜨거운 부분
양초 불꽃의 부위에 따른 구분
불꽃에서 가장 뜨거운 부분은 가장 활발히 연소가 일어나는 하단의 파란색 부분입니다. 버너나 램프를 이용해 과학실험을 수행하는 경우 대부분 불꽃의 가장 꼭대기 부분을 이용해 가열하라고 교육받습니다. 이는 불꽃으로 발생된 열이 상부로 상승하기에 화염의 끝부분이 열에너지를 가장 효과적으로 받을 수 있는 지점이기 때문입니다.
가장 뜨거운 불은?
지금까지 연소를 통해 만든 가장 뜨거운 불꽃의 온도는 4990°C입니다. 이 불꽃은 연료로 디시아노아세틸렌(dicyanoacetylene)과 산화제로 오존을 사용하여 만들어졌습니다.
디시아노아세틸렌(Dicyanoacetylene)의 화학구조
그러나 모든 불꽃이 섭씨 수백도 이상으로 뜨거운 것은 아닙니다. 오히려 시원한 불꽃(Cool flame)을 만들 수도 있습니다. 예를 들어, 연료 혼합물과 공기를 적절한 비율로 잘 혼합하면 120℃에 불과한 불꽃은 만들 수 있습니다. 그러나 이러한 시원한 불꽃은 오래 지속될 수 없으며 물의 끓는점과 크게 차이나지가 않아 쉽게 꺼질 수 있습니다.
불이란?
불이 탄다는 사실은 “연소”라는 용어로서 표기되고 있으며, 이 연소에 대한 정의를 내림으로써 “불이 무엇인가?”를 알 수 있다. 일반적으로 연소는 어떤 물질이 산소와 화합하는 반응중에 열이 발생하여 온도가 상승하고 그 결과 “강한 열과 빛을 동반한 산화반응현상” 이라고 할 수 있다.
불(연소)의 3요소
불은 연료(가연물), 열(점화원), 산소 등 3가지 조건이 갖추어 져야만 불의 발생이 가능한 것이다. 그래서 우리는 이 3가지를 “불의 3요소”라 부른다. 다시 말해서 불이 일어나기 위해서는 불의 3요소 중 한 가지라도 없으면 불은 일어나지 않는다. 연료(가연물) 연료란 불에 탈 수 있는 물건을 말하며 이는 고체, 액체, 기체연료의 3가지로 구분된다. 연료(가연물)- 고체연료, 액체연료, 기체연료 고체연료 연탄, 나무, 종이, 옷, 고무, 플라스틱 등 액체연료 석유, 휘발유, 알콜, 방커C유 등 기체연료 프로판가스, 메탄가스, 부탄가스 등
열(점화원) 물질이 타서 불붙기 위해서는 반드시 열이 있어야 하는데, 이 열은 높은 열이어야 하며 그 양도 적당히 있어야 한다.
예를 들어, 성냥불의 불꽃은 보통 가연물에 불을 붙이기에는 충분한 온도를 가졌으나 그 양이 적은 까닭에 통나무와 같은 큰 부피의 물체를 태울 수는 없다.
그러나 수천 개비의 성냥불을 동시에 가져다 댄다면 그 양이 많기 때문에 통나무를 능히 태울 수 있다.
산소(공기) 물질이 열을 받아서 타려면 산소가 있어야 하며 산소가 없으면 불이 일어 나지 않는다.
우리가 호흡할 때 들이 마시는 공기 중의 약 21%는 산소이며 연소하기 위해서 필요로 하는 산소의 양은 가연물질의 종류에 따라 서로 다르다.
대부분의 액체는 공기중 산소 함량이 15% 이하로 줄어들면 불붙기 어려우며, 고체의 경우에는 6% 이하로 줄어들지 않으면 불은 계속 붙거나 그을면서 탄다.
화재의 분류
보통 화재(일반 화재): A급 화재 목재, 섬유류, 종이, 나무 플라스틱처럼 다 타고 난 이후에 재를 남기는 화재를 말하며 이런 화재를 일반화재 또는 보통화재라 한다.
유류화재: B급 화재 휘발유 또는 석유와 같이 불에 타기 쉬운 가연성 액체는 프로판 가스와 같은 가연성 가스 류 화재 또는 가스 화재라 한다.
전기 화재: C급 화재 변압기, 전기다리미, 두꺼비집 등 전기기구에 전기가 통하고 있는 기계나 기구 등에서 발생하는 화재를 말한다.
금속 화재: D급 화재 마그네슘, 티타늄, 지르코늄, 나트륨, 칼륨 등의 가연성 금속 등에서 발생하는 화재를 말한다.
불의 성장과 확산
앞에서 불의 원리에서 말한 바와 같이 일단 불이 나면 불은 외부 공기로부터 산소를 공급받아서 불꽃으로부터 되돌아온 열에 의해 재점화, 확산하여 다른 가연물질을 태우면서 확대해 나가는데 이러한 확대 현상은 직접 물질이 화염에 접촉하면서 진행하는 것이 대부분이나 일부열의 이동이나 불꽃(불티)이 날아가는 현상(비산), 이 두 가지 물리적인 상태가 단독 또는 중복해서 불이 진행하게 된다. 이 중에서 특히 열의 이동에 의해서 확대되는 경우에는 전도, 대류, 복사의 사의 세 가지 작용에 의하여 진행된다. 전도 열이 물질속으로 전해져 가는 현상으로 온도가 높은 쪽에서 낮은쪽으로 이동하는 성질을 말하며 일반적으로 고체는 기체보다 열이 잘 전달된다. 예를 들면 철사 끝을 불로 가열하면 얼마 후 다른 한쪽까지 뜨거워지는 현상을 말한다.
대류 액체나 기체와 같이 유체의 일부가 가열되면 그 부분이 팽창되어 밀도가 적어져 위로 올라가고 그곳에 온도가 낮은 부분의 유체가 흘러 들어간다. 이것은 가열된 공기의 움직임에 의한 열의 이동이라 할 수 있으며 방안에 난로를 피웠을 때 따뜻한 공기는 가벼워서 위로 올라가고 찬공기는 아래로 내려오는 현상이 반복되어 실내가 따뜻하게 되는 현상이 그 예라 할 수 있다.
복사 고열체로부터 저열체로의 열의 이동이 전도나 대류와는 달리 중간의 매개물 없이 직접 열이 이동하는 현상으로 태양열이 지상의 물체를 따뜻하게 해주는 현상이 대표적인 예다.
소화의 원리
어떻게 하면 불의 온도를 몇백 몇천도 까지 올릴 수 있을까?
불은 연료가 타서 열을 내는것입니다.
불이 열을 내는것은 연료의 열량에 의해 나는것이지요. 그리고 그열은 공기와
연소가스를 가열하여 온도가 오르면서 달아나 버립니다. 따라서 열이 달아나지
않게 하려면 우선 열을 가두어 놓을수 있어야 합니다.
이것은 철이나 알미늄 처럼 된 연소장치내에서는 열이 빨리 식어버리니 곤란하지요.
보온성이 좋은 규조토나 특수세라믹울
(세라믹울은 내화물(알미나계)로 실을 뽑아 만든것으로 1200도 까지 견딥니다)
등을 사용하여 불을 그속에서 타게 하는것이 좋습니다.
다음은 연료의 문제인데 발열량이 높은 연료를 선택해야 합니다. 열량이 적으면
온도가 오르기 힘들겠지요. 아세틸렌은 매우 발열량이 커서 높은 온도를 내기에
좋습니다. 한편 온도를 높이는데는 가스보다는 이론적으로는 액체연료가 더
좋습니다. 그러나 액체연료는 기체로 변할때 열을 빼앗기므로 액체연료를미리
끓여서 기체화 된 상태로 불을 때면 온도는 매우 오릅니다. 다음 가장 중요한것은
공기입니다. 공기는 연소에 필수 불가결하지만 공기가 연소열의 대부분을 가지고
달아나기 때문입니다. 이공기의 배출열을 적게 하고 처음에 찬상태에서 불을 식히지
않게 하려면 공기를 최대한으로 예열해서 보내야 합니다. 즉 공기를 가열해서
불을 때는것이지요. 먼저 연료를 가열하는 이유와 같습니다. 그리고 다시 공기
가 열을 가지고 나가는 것을 적에 하기 위하여 공기량을 줄이면서 연소에 필요한
산소는 충분히 넣어주어야 합니다. 아주 고온의 열이 필요한경우에는 산소부화라는
방법을 쓰는데 이것은 공기중에 산소를 섞어서 산소를 21%가 아닌 25%라든가 30%
짜리 공기로 심한경우 (용접등)에는 순수한 산소를 이용하기도 합니다. 숯은 기름
보다는 발열량은 다소 떨어지지만 열이 한군데서 많이 발생될수 있는 이점이 있어서
온도를 높이는데는 유리합니다. 즉 숯과 산소를 가지고 불을 땐다면 아마도 매우
높은 온도를 얻을수 있을것이며 이때 산소가 섞인 공기를 가열해서 많은 양의 숯불
사이로 넣어주면 약 2000도 가까이 온도가 오를 것으로 예상됩니다.
연료와 공기의 비율은 불완전 연소가 되지 않는 한 공기량이 적어야 불꽃의 온도가
높습니다.
이상을 정리하면
1. 연료는 발열량이 큰것 주로 연소할때 단위부피당 발열량이 커야 온도가 오름니다.
2. 연료와 공기의 온도를 최대한 높인 상태로 연소를 시킵니다.
3. 온도가 오른 다음에 바로 식지 않도록 규조토나 세라믹울 등으로 로가 보온이
되어야 합니다.
4. 공기는 최소한으로 줄이되 불완전 연소가 되면 않되고 산소부화를 하면 더욱
온도 를 높일수 있습니다.
불의 정체를 밝혀라
다른 동물에 비해 연약한 인간이 다른 동물로부터 몸을 보호하거나 추위를 막는 데에는 불이 꼭 필요했습니다. 그리스 신화에서 인류 문명이 불에서 시작되었다는 이야기가 나온 것도 그만큼 불이 중요했기 때문이지요. 불은 문명을 태동시키는데 직접적인 역할도 했습니다. 불을 이용해 새로운 물질을 만들 때마다 새로운 시대가 열렸지요. 물의 상태변화를 이용할 수 있게 되면서 증기기관이 발명되었고, 이를 통해 산업혁명이 일어났을 때에도 불을 이용했습니다. 불은 인간을 자연에서 분리해 문명을 가져다주었지만 방심하면 한순간에 모든 것을 잿더미로 만들 수 있는 위력도 지니고 있습니다. 그렇다면 모든 것의 시작이자 끝이라고 할 수 있는 불에 대해 여러분은 얼마나 알고 계신가요?
불이 무엇인지는 어린아이도 잘 알고 있습니다. 그래서 설명하기 어렵지 않다고 생각합니다. 하지만 막상 여러분께 묻는다면 어떻게 대답하실 건가요? 아마도 자세히 대답하기 힘들 겁니다. 우리는 오랜 세월 불을 사용해왔으면서도 불이 무엇인지에 대해서는 잘 모르고 있었습니다. 불의 정체에 대해 밝혀지기 시작한 게 겨우 2백여 년밖에 되지 않았을 정도로 불에 대해 알아내는 것은 쉽지 않았어요.
불은 물질일까?
불 이야기는 프로메테우스의 신화에서 출발합니다. 물론 불이 하늘에서 내려왔다는 것은 아닙니다. 프로메테우스가 불을 훔쳐서 인간에게 주었다는 이야기처럼 옛날에는 불을 훔쳐서 줄 수 있는 물건이나 물질로 여겼습니다. 그런 생각은 4원소설을 보면 잘 알 수 있습니다. 고대 자연철학자들은 불을 공기, 물, 흙과 같이 세상만물을 구성하는 물질(본질)이라고 여겼습니다. 불이 원소의 하나로 꼽힌 것은 물질처럼 보이기 때문입니다. 촛불이나 장작불 등 모든 불은 마치 살아있는 듯 위로 살랑거리며 움직이는 모습을 볼 수 있어요. 공기의 흐름에 따라 움직일 때는 마치 물질처럼 보이지요. 애니메이션 <하울의 움직이는 성>에 등장하는 마법의 불 ‘캘시퍼’는 이러한 불의 이미지에 따온 캐릭터지요. 불의 정체를 몰랐던 사람들은 캘시퍼처럼 불을 마치 살아있는 생명처럼 여기고 숭배하기도 했습니다.
고대의 4원소와 속성 © Public Domain / Wikimedia Commons
신화나 마법에서 벗어나 불의 정체를 설명하기 위해 등장한 최초의 과학 이론은 플로지스톤설이었습니다. 1679년 독일의 화학자 슈탈은 불에 타는 물질은 타기 쉬운 성질을 가진 플로지스톤(phlogiston)이라는 성분이 포함되어 있기 때문이라고 주장했어요. 플로지스톤은 ‘불에 탄 것’을 의미하는 그리스어 ‘플로기스토스’에서 따온 말입니다. 플로지스톤이 있으면 불타고, 모두 빠져나오면 불이 꺼진다는 것이지요. 장작이 타는 것을 보면 플로지스톤설은 경험과 잘 맞는 듯했습니다. 나무가 타고 남은 재는 무엇인가 빠져나가고 남은 것으로 보였기 때문이지요. 플로지스톤설은 연소를 간단하게 설명해 주었기 때문에 18세기까지 많은 화학자들이 이 이론을 받아들였습니다.
타오르는 불꽃 모양의 비밀
1783년 프랑스의 화학자 라부아지에는 여러 가지 실험을 통해 플로지스톤설이 틀렸다는 걸 입증해 냅니다. 연소할 때 플로지스톤이 빠져나오는 것이 아니라 물질이 공기 중의 산소와 결합하여 연소가 일어난다는 것이지요. 즉, 연소는 물질이 산소와 결합하여 열과 빛을 내며 다른 물질로 변하는 현상이라는 겁니다. 문제는 연소가 일어날 때 생기는 불의 정체가 무엇이냐 하는 것이지요. 불은 눈에 보일 뿐 아니라 바람에 따라 움직이기도 합니다. 이렇게 움직이는 것을 보면 불이 물질이라고 착각하기 쉽습니다. 하지만 불은 물질이 아닙니다. 어떻게 물질이 아닌 불이 눈에 보이는 걸까요?
불의 모양이 캘시퍼의 생김새처럼 위로 타오르는 모양이 되는 것은 대류에 의한 것입니다. 물질이 연소하려면 고체나 액체 상태의 물질이 기체로 바뀌어야 합니다. 양초를 보면 고체의 초가 녹아서 심지를 타고 올라가 기체 상태로 바뀌면서 연소됩니다. 기체 상태의 물질이 산소와 결합하면서 열에너지를 방출하면 이때 열로 인해 다른 물질을 계속 기체 상태로 바꾸면서 연소반응이 지속적으로 일어납니다. 물질의 연소 반응은 열을 방출하는 발열반응입니다. 그래서 반응이 일어나면 열로 인해 물체에서 나온 가연성 기체나 생성 기체의 온도가 높아집니다. 온도가 높은 기체는 밀도가 낮아서 부력에 의해 위로 상승하게 되지요. 상승할 때 가운데 부분이 빠르고 주변의 공기가 빨려 들어오면서 원뿔처럼 생긴 불의 모양이 만들어지는 겁니다. 위로 상승하는 기체가 빛을 방출하기 때문에 불의 모양은 어느 것이나 비슷하게 보이는 겁니다. 우리가 불이라고 부르는 것은 타고 있는 물질 또는 생성된 물질에서 방출되는 복사선입니다. 그래서 불은 물질이 아니라고 하는 겁니다.
불의 색깔 – 빨간 불과 파란 불의 차이는?
물질이 방출하는 복사선이 불이라면 왜 불의 색은 왜 빨간 걸까요? 물질이 연소될 때에는 적외선이나 가시광선과 같은 복사선을 방출합니다. 이중 가시광선을 보고 불이라고 부르는 것이지요. 물질이 산소와 결합한다고 해서 모든 불이 보이는 건 아닙니다. 연소가 일어나도 불의 온도가 적어도 500℃ 이상은 되어야 검붉은색으로 겨우 보이기 시작합니다. 이 온도보다 높아야 눈으로 볼 수 있는 정도의 가시광선을 방출하기 때문입니다. 이보다 온도가 낮을 때는 대부분 적외선 복사를 하므로 눈에 보이지 않습니다. 만일 우리가 적외선을 볼 수 있는 눈을 가지고 있다면 이 온도보다 낮아도 불타는 것으로 보이겠지요.
불의 색은 온도를 추정할 수 있는 기준이 되기도 합니다. 불은 온도가 높을수록 붉은색에서 주황색, 노란색을 거쳐 흰색으로 빛납니다. 장작불을 비롯해 우리가 보는 불꽃의 색이 붉은 것은 나무와 같은 탄화수소 연료가 탈 때 기체의 온도가 1천℃ 내외이기 때문입니다. 많은 과학책에서 별의 색이 표면 온도에 따라 달라진다는 것을 설명하면서 장작불과 가스레인지 불을 비교하는데, 이건 오해를 일으킬 수 있는 잘못된 예라고 할 수 있습니다. 예를 들면 처녀자리 알파성인 스피카의 빛과 가스레인지 불꽃은 둘 다 파란색입니다. 그렇다면 스피카와 가스불의 온도가 비슷할까요? 스피카는 표면온도가 약 2만℃이지만 가스레인지의 파란색 불꽃은 1500℃ 정도로 비교조차 되지 않습니다. 이렇게 온도가 차이 나는 이유는 파란색 빛을 내는 원인이 다르기 때문입니다. 별의 색은 표면 온도에 따라서 빨간색에서 흰색을 거쳐 파란색으로 변하는 것이 맞습니다. 만일 가스불도 온도 때문에 파란색을 띠었다면 비슷한 온도였을 겁니다. 하지만 가스불이 파란 것은 가스가 연소하면서 생긴 이산화탄소가 방출하는 빛이 파란색이기 때문입니다.
화성 아래쪽에서 파란색으로 빛나는 처녀자리의 스피카(Spica, Alpha Virginis) by Stephen Rahn © Public Domain / Wikimedia Commons
불꽃의 색이 달라지는 데는 크게 두 가지 이유가 있습니다. 하나는 별의 표면 온도처럼 물체의 온도에 따른 색입니다. 온도가 높을수록 파란색 파장의 복사선을 많이 방출하기 때문에 파랗게 보입니다. 다른 하나는 금속 원소의 불꽃색처럼 전자의 궤도 전이에 따른 스펙트럼에 의한 것입니다. 이것은 높은 궤도에 있던 전자가 낮은 궤도로 내려올 때 방출하는 스펙트럼의 파장에 따라 색이 다르게 보이는 현상입니다. 그래서 같은 파란불이라도 온도가 이렇게 다른 겁니다.
참고문헌
∙『화학의 역사』, John Hudson, 고문주 역, 북스힐, 2005
∙ 가스렌지 불꽃은 왜 파란 색일까? https://blog.daum.net/ksc0482/3
∙ 그렇다면 불은 왜 뜨거운가요? https://luvlyday.tistory.com/57
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