맨위로가기

갈릴레이 온도계

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

갈릴레이 온도계는 부력의 원리를 이용하여 온도를 측정하는 장치이다. 16~17세기 피렌체의 아카데미아 델 시멘토 그룹에 의해 발명되었으며, 갈릴레오 갈릴레이의 이름을 따 명명되었으나 그가 직접 발명한 것은 아니다. 온도계 내부의 액체 밀도가 온도에 따라 변하면서, 밀도가 다른 유리구들이 뜨거나 가라앉는 현상을 이용하여 온도를 측정한다. 한국에서는 유해 물질 사용으로 인해 판매 금지 조치가 내려진 사례가 있다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 온도계 - 저항 온도계
    저항 온도계는 금속의 저항 변화를 이용하여 온도를 측정하는 센서로, 백금, 니켈, 구리 등이 사용되며 백금은 특히 정밀 측정에 널리 활용되고, 0~100 °C 범위에서 저항 변화가 온도에 거의 선형적으로 비례하며, 다양한 형태로 제작되고 정확도를 높일 수 있지만, 응답 속도가 느리고 고온에서는 사용에 제한이 있다.
  • 온도계 - 바이메탈
    바이메탈은 열팽창률이 다른 두 금속을 접합하여 온도 변화에 따라 굽어지는 성질을 이용, 온도 감지, 스위치 제어 등 다양한 용도로 활용되는 부품이다.
  • 갈릴레오 갈릴레이 - 시데레우스 눈치우스
    갈릴레오 갈릴레이가 1610년에 출판한 《시데레우스 눈치우스》는 망원경으로 관측한 천체 기록으로, 달 표면, 수많은 별, 목성 주위의 네 개 천체에 대한 내용을 담고 있으며, 지동설 주장의 근거를 제시하며 과학 혁명에 영향을 미쳐 갈릴레오를 근대 과학의 선구자로 만들었다.
  • 갈릴레오 갈릴레이 - 갈릴레이 불변성
    갈릴레이 불변성은 뉴턴 역학에서 뉴턴 운동 법칙이 갈릴레이 변환으로 연결된 모든 좌표계에서 동일하게 적용되는 개념으로, 뉴턴 상대성이라고도 불리지만, 아인슈타인의 상대성 이론은 로런츠 변환을 제시하며 재검토되었다.
  • 표시 이름과 문서 제목이 같은 위키공용분류 - 라우토카
    라우토카는 피지 비치레부섬 서부에 위치한 피지에서 두 번째로 큰 도시이자 서부 지방의 행정 중심지로, 사탕수수 산업이 발달하여 "설탕 도시"로 알려져 있으며, 인도에서 온 계약 노동자들의 거주와 미 해군 기지 건설의 역사를 가지고 있고, 피지 산업 생산의 상당 부분을 담당하는 주요 기관들이 위치해 있다.
  • 표시 이름과 문서 제목이 같은 위키공용분류 - 코코넛
    코코넛은 코코넛 야자나무의 열매로 식용 및 유지로 사용되며, 조리되지 않은 과육은 100g당 354kcal의 열량을 내는 다양한 영양 성분으로 구성되어 있고, 코코넛 파우더의 식이섬유는 대부분 불용성 식이섬유인 셀룰로오스이며, 태국 일부 지역에서는 코코넛 수확에 훈련된 원숭이를 이용하는 동물 학대 문제가 있다.
갈릴레이 온도계

2. 역사

갈릴레오 온도계는 16~17세기 이탈리아 물리학자 갈릴레오 갈릴레이의 이름을 따서 명명되었지만, 그가 직접 발명한 것은 아니다.[13] 갈릴레오는 1603년 이전에 갈릴레오 공기 온도계(더 정확하게는 열시경)을 발명했다.[1]

현재 갈릴레오 온도계로 알려진 기기는 피렌체의 아카데미아 델 시멘토[14]라는 학자 및 기술자 그룹이 발명했다.[15][16] 이 그룹에는 갈릴레오의 제자인 토리첼리와 토리첼리의 제자인 비비아니가 포함되어 있었다.[2][3] 온도계에 대한 자세한 내용은 아카데미의 주요 간행물인 《''Saggi di naturali esperienze fatte nell'Academia del Cimento sotto la protezione del Serenissimo Principe Leopoldo di Toscana e descritte dal segretario di essa Accademia''》(1666)에 게재되었다. 이 책의 영어 번역본(1684)에서는 이 장치를 '느리고 게으른(slow and lazy)' 것으로 묘사했으며, 이는 이 발명품의 또 다른 이탈리아어 이름인 ''termometro lento''(느린 온도계)에 반영되어 있다.[4] 외부 용기는 '주정 증류주'(에탄올을 농축한 수용액)로 채워져 있었고, 밀봉된 끝 부분에 소량의 유리를 분쇄하여 유리 기포의 무게를 조절했으며, 주 용기의 상단에는 '주정의 희박화(팽창)'를 위한 작은 공기 공간을 남겼다.

이 장치는 1990년대에 런던 자연사 박물관이 갈릴레오 온도계의 현대적 버전을 판매하면서 다시 대중화되었다.[5]

3. 작동 원리

갈릴레이 온도계는 부력의 원리를 이용하여 작동한다. 온도계 속에는 여러 개의 유리구가 들어 있는데, 이 유리구들은 각각 다른 밀도를 가지고 있다. 유리구의 밀도는 아래에 매달린 금속 꼬리표를 통해 정밀하게 조절된다.[6] 유리구 안에는 색깔이 있는 액체가 들어있지만, 이 액체는 온도계 작동에 직접적인 영향을 주지 않고, 단지 무게를 더하는 역할만 한다.[6]

유리구를 확대한 모습


온도계의 유리관 속에는 투명한 액체가 채워져 있는데, 보통 물 대신 비활성 탄화수소가 사용된다. 탄화수소는 물보다 온도에 따른 밀도 변화가 더 크기 때문에, 더 정밀하게 온도를 측정할 수 있게 해준다.[6]

온도가 변하면 유리관 속 액체의 밀도도 변한다. 액체의 밀도가 변하면, 유리구들이 뜨거나 가라앉게 된다. 이는 각 유리구의 밀도가 주변 액체의 밀도와 비교하여 상대적으로 높거나 낮아지기 때문이다.

두 온도에서의 갈릴레이 온도계


위 그림은 서로 다른 두 온도에서 갈릴레이 온도계의 모습을 나타낸 것이다. (단, 유리구슬 아래 표시된 온도는 섭씨가 아닌 화씨온도임에 유의하여야 한다.) 왼쪽 그림에서 녹색 유리구(화씨 76도)는 다른 유리구들과 간격을 두고 떠 있는데, 이는 현재 온도가 화씨 76도임을 의미한다. 오른쪽 그림처럼 모든 유리구가 떠 있거나 가라앉아 있는 경우에는, 떠 있는 유리구와 가라앉은 유리구 사이의 온도가 현재 온도 범위가 된다.

3. 1. 부력과 밀도

부력은 어떤 물체가 액체에 의해 밀려난 액체의 무게와 같은 힘으로, ${\displaystyle F=\rho Vg}$로 계산된다. 여기서 ${\displaystyle \rho }$는 액체의 밀도, ${\displaystyle V}$는 물체의 부피, ${\displaystyle g}$는 중력 가속도이다. 물체의 무게는 ${\displaystyle F=mg}$로 계산되며, 여기서 ${\displaystyle m}$은 물체의 질량이다. 물체의 밀도가 액체의 밀도보다 작으면 물체는 뜨고, 크면 가라앉는다.



예를 들어, 그림 1과 같이 부피가 1리터인 두 물체가 있다고 가정하자. 액체의 밀도는 1 kg/L (g/cm2)이고, 물체가 밀어낼 수 있는 액체의 최대 부피는 1L이므로 밀려나는 액체의 최대 질량은 1킬로그램이 된다. 왼쪽의 갈색 물체는 질량이 0.5kg이므로, 반쯤 잠겼을 때 부력과 중력이 평형을 이루어 뜨게 된다. 반면, 오른쪽의 녹색 물체는 질량이 2kg으로, 부력과 평형을 이룰 수 없어 가라앉는다.



하지만 그림 2와 같이 속이 빈 녹색 물체는 질량이 0.5kg이므로, 갈색 물체처럼 뜰 수 있다.

갈릴레오 갈릴레이는 물을 비롯한 액체가 온도에 따라 부피가 달라져 밀도가 변한다는 것을 발견했다. 이는 온도계의 기본적인 원리이다. 액체는 보통 온도가 증가하면 밀도가 감소하며, 이러한 밀도 변화가 갈릴레이 온도계 작동의 핵심 원리이다.



그림 3에서 왼쪽의 경우, 액체의 밀도는 1.001 kg/L로, 속이 빈 녹색 물체(질량 1kg)가 밀어낼 수 있는 액체의 질량(1.001kg)이 물체의 질량보다 크므로 물체는 뜬다. 반면, 오른쪽의 경우 액체의 밀도는 0.999 kg/L로, 물체의 밀도보다 작으므로 물체는 가라앉는다. 이처럼 액체의 미세한 밀도 변화가 물체의 부침에 큰 영향을 줄 수 있다.

갈릴레이 온도계에서 유리구는 서로 다른 색상의 액체로 채워져 있으며, 유리구 전체의 밀도는 아래에 달린 금속 꼬리표로 조절된다. 온도 변화에 따라 유리구 내부 액체와 공기가 팽창 또는 수축하지만, 유리구 자체의 부피는 일정하므로 유리구의 밀도는 변하지 않는다. 투명한 액체는 물 대신 비활성 탄화수소를 사용하는데, 이는 온도에 따른 밀도 변화가 물보다 커서 더 정밀한 측정이 가능하기 때문이다. 온도 변화에 따라 탄화수소의 밀도가 변하고, 이 작은 밀도 변화로 인해 유리구가 뜨거나 가라앉게 된다.[6]

3. 2. 온도 측정 방법

갈릴레이 온도계의 온도 측정 방법은 다음과 같다. 떠 있는 유리구들 중 가장 아래에 있는 유리구의 꼬리표에 표시된 온도가 현재 온도를 나타낸다.[19][20] 만약 중간에 떠 있는 유리구가 없다면, 떠 있는 유리구들과 가라앉은 유리구들 사이의 온도 범위가 현재 온도를 나타낸다.[19][20]

다른 유리구들과 어느 정도 간격을 유지하며 어중간하게 떠 있는 유리구가 있다면, 그 유리구의 꼬리표에 적힌 온도가 현재 온도이다. 이는 해당 온도에서 유리구의 부력과 질량이 평형을 이루기 때문이다.

모든 유리구가 완전히 떠 있거나 가라앉아 있다면, 떠 있는 유리구들이 나타내는 온도보다 낮고, 가라앉아 있는 유리구들이 나타내는 온도보다 높은 범위가 현재 온도이다. 이때는 떠 있는 유리구들과 가라앉은 유리구들의 온도 중간값이 근사치가 된다.

정밀한 온도 측정을 위해서는 각 유리구의 질량 간격이 1 밀리그램 이하가 되어야 한다.[19][20] 유리구 순서가 뒤바뀌면 정확한 온도 범위를 알기 어렵기 때문에, 각 유리구는 다른 유리구에 걸려 위아래 유리구 사이에서만 움직이도록 만든다. 유리구 직경은 적어도 유리관 직경의 절반 이상이어야 하지만, 너무 크면 유리관에 걸릴 수 있으므로 주의해야 한다.

4. 디자인

갈릴레이 온도계의 유리관 안에는 투명한 액체와 여러 질량을 가진 물체들이 들어있다. 보통 이 물체로는 형형색색의 액체가 들어있는 유리구를 사용한다.[19][20] 온도가 변하면 유리관 속 액체의 밀도도 온도에 따라 변하고, 유리구들은 액체와 유리구의 밀도 차이 때문에 자유롭게 뜨거나 가라앉는다. 갈릴레이 온도계에는 밀도가 서로 다른 여러 개의 유리구가 있는데, 밀도가 가장 작은 유리구가 맨 위에, 가장 큰 유리구가 맨 아래에 있으면서 다양한 온도를 측정할 수 있는 온도계 형태를 띤다.

온도를 알아보기 위해 각 유리구에는 금속판(금속 꼬리표)을 매달아 둔다. 각 유리구에 달린 금속판에는 서로 다른 온도가 적혀 있고, 온도를 잴 때는 이 금속판의 온도를 읽는다. 다른 유리구들과 간격을 두고 떠 있는 유리구가 현재 온도를 나타내며, 이런 유리구가 없을 때는 떠 있는 유리구와 가라앉은 유리구 사이의 온도가 현재 온도 범위를 나타낸다.

갈릴레이 온도계로 정밀한 온도를 측정하려면 각 유리구의 질량 간격이 1 밀리그램 이하가 되어야 한다.[19][20]

5. 한국에서의 판매 및 문제점

한국에서 판매되던 일부 갈릴레오 온도계에는 유해 물질인 나프타가 사용되어 지식경제부 기술표준원에 의해 판매 금지 조치가 내려졌다.[21]

참조

[1] 서적 Meteorology: a historical survey, Volume 1 Israel Program for Scientific Translations 1970
[2] 논문 The Development if the Thermometer 1937-02
[3] 서적 Thus spoke Galileo 2012-06-14
[4] 서적 Largo campo di filosofare: Eurosymposium Galileo 2001 Fundación Canaria Orotava 2001
[5] 뉴스 Daily Mirror 1994-01-28
[6] 논문 Galilean Thermometer Not So Galilean 2012
[7] 서적 Meteorology: a historical survey, Volume 1 Israel Program for Scientific Translations 1970
[8] 간행물 Galilean Thermometer Not So Galilean 2012
[9] 서적 Thus spoke Galileo 2012-06-14
[10] 서적 Largo campo di filosofare: Eurosymposium Galileo 2001 Fundación Canaria Orotava 2001
[11] 뉴스 Daily Mirror 1994-01-28
[12] 웹사이트 How to read a Galilean Thermometer http://www.4physics.[...]
[13] 서적 Meteorology: a historical survey, Volume 1 Israel Program for Scientific Translations 1970
[14] 논문 Galilean Thermometer Not So Galilean 2012
[15] 논문 The Development if the Thermometer 1937-02
[16] 서적 Thus spoke Galileo 2012-06-14
[17] 서적 Largo campo di filosofare: Eurosymposium Galileo 2001 Fundación Canaria Orotava 2001
[18] 뉴스 Daily Mirror 1994-01-28
[19] 웹사이트 http://hewgil.com/ga[...]
[20] 웹사이트 http://howstuffworks[...]
[21] 뉴스 지경부, 어린이용 갈릴레이온도계 나프타성분 위험 http://news.naver.co[...]


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com