중학교 3학년 (14-15세)

열에너지와 열평형

Thermal Energy and Thermal Equilibrium

물질을 이루는 입자는 늘 움직이고 있는데, 온도는 그 입자들이 얼마나 활발하게 움직이는지를 나타내는 값이에요. 뜨거운 물과 차가운 물을 맞닿게 두면 열이 뜨거운 쪽에서 차가운 쪽으로 옮겨 가고, 두 물의 온도가 같아지면 더는 옮겨 가지 않아요. 이 상태를 열평형이라고 해요. 물체가 주고받은 열의 양(열량)은 Q = cmΔt로 구하고, 열평형에 이를 때까지 뜨거운 물이 잃은 열량과 차가운 물이 얻은 열량은 같아요. 첫 번째 그림에서는 온도에 따라 입자가 움직이는 빠르기가, 두 번째 그림에서는 90 ℃와 20 ℃의 물이 열평형에 이르는 과정이 단계별로 바뀌어요.

온도와 입자의 움직임

🔥 뜨거울수록 활발하다

①모든 물질은 눈에 보이지 않을 만큼 작은 입자로 이루어져 있다

②입자들은 멈추지 않고 끊임없이 움직인다

③온도가 높을수록 입자가 더 빠르게 움직이고, 온도는 이 움직임이 얼마나 활발한지를 나타낸다

④그림은 차이가 잘 보이도록 빠르기 차를 크게 그렸다. 실제로 0 ℃와 100 ℃의 물 분자 평균 빠르기는 17 %쯤 차이 난다

온도50°C

열의 이동과 열평형

↔️ 열은 뜨거운 쪽에서 차가운 쪽으로

①뜨거운 물과 차가운 물을 맞닿게 하면

②열이 온도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 옮겨 가 뜨거운 물은 식고 차가운 물은 데워진다

③온도 차가 클 때는 열이 빨리 옮겨 가고, 차가 줄어들수록 천천히 옮겨 간다

④두 물의 온도가 같아지면 열이 더 옮겨 가지 않는데, 이 상태를 열평형이라 한다

⑤그림의 두 물은 질량이 같아서 90 ℃와 20 ℃의 한가운데인 55 ℃에서 만난다

흐른 시간0단계

열량

🌡️ 열량이란

①물체가 얻거나 잃은 열의 양을 열량이라 한다

②단위는 cal(칼로리)나 J(줄)을 쓴다

③1 cal는 물 1 g의 온도를 1 ℃ 올리는 데 드는 열량이다

④1 cal는 약 4.2 J이다

열량을 구하는 식

Q = cmΔt

열량 = 비열 × 질량 × 온도 변화

정리

열량

Q = mcΔt

Q(열량, cal) = c(비열, cal/(g·℃)) × m(질량, g) × Δt(온도 변화, ℃)

열평형의 조건

Q_{잃은 열량} = Q_{얻은 열량}

다른 곳으로 새어 나가는 열이 없을 때, 뜨거운 물체가 잃은 열량과 차가운 물체가 얻은 열량은 같다

단위 바꾸기

1 cal ≈ 4.2 J

칼로리와 줄의 관계

🎯 시험에 자주 나오는 것

①온도는 입자 운동이 얼마나 활발한지를 나타낸다

②열은 온도가 높은 물체에서 낮은 물체로 이동한다

③두 물체의 온도가 같아져 열이 더 이동하지 않는 상태가 열평형이다

④Q = cmΔt이며, 비열이 클수록 같은 열량을 받아도 온도가 적게 변한다

⑤물의 비열은 1 cal/(g·℃)로 다른 물질보다 크다

예제와 단원평가

예제 1

물 100 g의 온도를 20 ℃에서 30 ℃로 올리려면 열량이 몇 cal 필요한가? (물의 비열은 1 cal/(g·℃)이다.)

열량은 Q = 비열(c) × 질량(m) × 온도 변화(Δt)로 구한다.

Q = 1 cal/(g·℃) × 100 g × (30 − 20) ℃ = 1000 cal이다.

▸ 1000 cal

같은 100 g이라도 비열이 물의 10분의 1쯤인 철이라면 100 cal 정도로 10 ℃가 오른다. 비열이 클수록 데우는 데 열량이 많이 든다.

예제 2

뜨거운 물과 차가운 물을 맞닿게 두었더니 시간이 지나 두 물의 온도가 같아졌다. 이 과정에서 열은 어느 쪽으로 이동하며, 마지막에 이른 상태를 무엇이라 하는가?

열은 언제나 온도가 높은 물체에서 낮은 물체로 이동한다.

두 물체의 온도가 같아져 더는 열이 이동하지 않는 상태를 열평형이라 한다.

▸ 열은 뜨거운 물에서 차가운 물로 이동하고, 마지막 상태는 열평형이다

위 그림처럼 처음에는 온도가 빠르게 가까워지다가 차가 줄수록 천천히 가까워진다. 열평형에서는 뜨거운 물이 잃은 열량과 차가운 물이 얻은 열량이 같다.

단원평가 유형

열에너지와 열평형에 대한 설명으로 옳은 것은?

①열은 저온에서 고온으로 저절로 이동한다

②온도가 높을수록 입자의 운동이 느려진다

③열평형 상태에서는 두 물체의 온도가 같다

④열량의 단위는 °C이다

⑤비열이 클수록 온도가 빨리 변한다

▸ ③ 열평형 상태에서는 두 물체의 온도가 같다

열은 고온에서 저온으로 이동하고(①X), 온도가 높을수록 입자 운동이 빨라진다(②X).

열량의 단위는 cal 또는 J이며(④X), 비열이 클수록 온도가 천천히 변한다(⑤X). 열평형에서는 두 물체의 온도가 같다(③O).

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마지막 수정 2026-10-17

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