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얼음 과자 만들기(교사용)
작성일 2003-02-19 (수) 23:45
분 류 7학년
Link#2 07_09.hwp (Down:9205)
영역 상태변화와 에너지
ㆍ추천: 0  ㆍ조회: 10284      
얼음 과자 만들기(교사용)

얼음 과자 만들기(교사용)

물질의 상태 변화가 일어나려면 반드시 열에너지의 출입이 있어야 한다. 물이 얼기 위해서는 주변의 온도를 낮춰주어야 하는데, 옛날 냉장고가 없던 시절에는 어떻게 얼음을 얼려 먹었을까?  드라이아이스도 없던 시절, 얼음과자를 팔러 다니던 아저씨들의 통 속에는 얼음과 소금의 혼합물이 들어 있었다. 이번 실험에서는 얼음과 소금을 섞으면 온도가 내려가는 것을 확인하고, 가장 온도를 많이 낮출 수 있는 비율을 찾아낸 다음, 정해진 시간 내에 얼음과자를 만들어 내는 것을 목표로 한다. 실생활에서 친숙한 얼음과 소금을 가지고 적절한 비율을 찾아내고, 얼음 과자를 만들어 먹는 것은 과학을 친숙하게 느끼지 못하는 여학생들에게 좋은 경험을 제공해 줄 것이다.

두 가지 물질이 섞어서 온도가 내려가는 것을 확인하고 효과적인 비율을 찾아 그것을 이용하여 얼음과자를 만들어본다.

1. 수업의 진행과 시간 배정 : 45 분 수업

가) 도입 : 5분

- 냉장고가 없었던 옛날에 얼음을 얼려 먹었던 방법을 소개한다.
* 얼음과 소금을 합해서 넣고 다녔던 아이스케키 장사 아저씨
* 한여름에도 알프스의 만년설을 떠다가 염화암모늄과 섞어 샤베트를 얼려 먹었던 로마의 귀족
- 얼음과 소금을 가지고 얼음 과자를 얼려 먹는 실험 방법을 소개한다.- 일상 생활에서 쉽게 접할 수 있는 소재를 가지고 얼음 과자를   얼려 먹는 즐거움을 부각시키고 협동 작업에 의해 이루어짐을 강조한다. (Exciting)

나) 탐구 실험 : 30분

- 한제의 비율 찾기(20분)
* 비율을 계획하여 여러 번 시행 착오를 거친다.
* 조원의 업무를 분담한다. 얼음 질량 , 소금 질량, 온도 측정, 기록 등의 업무를 나눈 뒤 협동하여 효과적인 비율을 찾아낸다.
* 시행 착오가 가능하다는 것과 협동 학습을 잘 할 때 시간 안에 비율을 찾아 낼 수 있다는 점을 강조한다. (Environment)

- 얼음과자 얼리기(10분)
* 찾아 낸 비율로 만든 한제에 사이다 10mL를 각자 얼린다.
* 소금이 닿은 부분의 얼음이 어떻게 변화했는지 섬세하게 관찰 한다.

다) 결과 정리 및 토의 : 10분

- 생각 모으기: 얼음과 소금의 비율에 따라 온도가 달라지는 이유에 대해 토론하고 기록한다.
* 문제에 대해 각자 의견을 제시하고 서로의 의견을 기록한 뒤   마지막에 자신의 의견을 다시 정리하여 기록한다.(Environment)

라) 읽을거리 (Encouragement)

- 한국 최초, 동양 최초의 남극 월동 여성 대원에 관한 글을 읽음으로 여학생들을 격려한다.

평가 기준

평가척도

평가

얼음 과자를 잘 만드는가?

10분 이내에 완전히 얼었음

A

10분 이내에 얼었지만 뒤집었을 때 흘러내림

B

얼지 않음

C

① 얼음과 소금을 섞을 때,  식용 소금을  사용해도 무방하다. 얼음을 부술 때는 마른 수건에 싸서 망치로 부수면 쉽다. 완전히 부수면 쉽게 녹아버리고 소금이 닿은 부분을 관찰하기가 어려우므로 적당히 조각들이 있는 정도로 부수어서 학생들에게 제공해준다. 제빙판 을 사용하면 조별로 사용할 얼음을 모두 얼리는 것이 쉽지 않다. 그러므로 비닐 봉지로 된 얼음 팩을 사용하여 얼려두었다가 실험 직전 부수어서 앞에 놓아두고 사용하도록 해주는 것이 좋다. 아이스박스나 냉장고를 활용하도록 하자.
② 온도계는 -30℃정도까지 측정할 수 있는 것을 사용한다. 만약, 디지털 온도계가 있다면 편리하게 사용할 수 있다. -10℃ 짜리 알코올 온도계뿐이라면 눈어림으로 눈금을 읽도록 지도한다.
③ 생각 모으기 해답
얼음과 소금을 섞으면 온도가 내려가는 이유는 무엇이고 가장 효과적인 얼음과 소금의 비율은 얼마인가?
- 얼음과 소금이 녹으면서 열을 흡수하기 때문에 온도가 낮아진다.  그 가장 효과적인 비율은 얼음 : 소금 = 3 : 1 이다.
④ 6번 과정의 질문 해답
소금을 뿌려두었던 얼음은 어떻게 되었는가? 특히 소금이 직접 닿은 부분을 자세히 살펴보자.
- 소금이 닿은 부분의 얼음이 먼저 녹아서 얼음의 모양이 매끈하지 않고 울퉁불퉁해진 것을 볼 수 있다. 이것은 소금이 있을 경우 얼음이 쉽게 녹는(어는점이 내려가는)다는 것을 보여준다.
⑤ 얼음과 소금을 3:1로 섞은 경우 최저 온도는 -23℃였다. 이렇게 두 가지 물질을 섞어서 온도가 내려가는 혼합물을 한제라고 부르며 다음과 같이 여러 종류가 있다.

물질

혼합비

최저 온도(℃)

얼음+염화암모늄

84.4 : 15.6

-15.8

얼음+염화나트륨

77.6 : 22.4

-21.2

얼음+염화칼슘

41.2 : 58.8

-55

얼음+염화아연

49.0 : 51.0

-62

드라이아이스+에탄올

 

-80

⑥ 얼음과 소금의 혼합비를 바꾸어가며 실험을 해본 결과는 아래 표와 같다.

혼합비

최저 온도(℃)

10 : 1

-14

5 : 1

-16

4 : 1

-21

3 : 1

-24

2 : 1

-20

순수한 얼음

-5

⑦ 얼음과 소금이 섞이면 온도가 내려가는 원리는 무엇일까? 두 가지 물질이 섞여 어는점 내림이라는 현상을 나타내는 것이다. 얼음과 소금을 섞었을 때 온도가 내려가는 것은 얼음의 융해열과 소금의 용해열 흡수 때문이다. 얼음이 녹는 것도 흡열 반응이며, 소금이 녹는 것도 흡열 반응이기 때문에 온도가 내려가게 된다.
⑧ 한걸음 더에 관하여
얼음과 소금이 섞여 쉽게 녹는 것을 이용하는 예로 제설제를 들 수 있다. 겨울철에 눈이 내리면 눈을 녹이기 위해 뿌리는 제설제는 소금이나 염화칼슘이다. 얼음이나 소금을 눈에 뿌리면 어는점이 내려가게 되어 눈이 쉽게 녹는다. 실제로 소금을 뿌리면 어는점이 -20℃ 가량 내려가기 때문에 그 물이 다시 얼려면 -20℃가 되어야 가능하다. 그래서 소금은 제설제로서 역할을 다할 수 있다. 우리 나라처럼 염화칼슘을 사용하면 어는점이 -55℃ 까지 내려가므로 더욱 더 강력한 제설제를 쓰는 셈이다. 이 염화칼슘은 눈 녹은 물에 녹아 있  다가 지나가는 차에 묻어 부식을 촉진시키는 악역을 하기도 한다.
⑨ 읽을 거리에 대하여
우리 나라 최초로 남극 세종 기지에서 1년간 월동 대원으로 활동하였던 이명주씨에 대한 글이다. 그해 지원한 남자 의사가 없었다는 사실이 그의 월동대 참가에 어떤 영향을 주었는지에 대해서도 생각해 볼만하다. 학생들에게 자신이 그런 대원으로 선발된다면 어디를 가고 싶은지 생각해보게 하는 것도 좋은 접근이며, 아울러 동료로 인정받기까지 6개월이나 걸렸다는 사실을 생각해 보게 한다. 그들을 설득하기 위한 가장 좋은 방법은 말이 아니라 행동이었다는 사실은 지극히 당연한 것 같지만 쉽지 않은 깨달음이었다고 한다.

얼음과 함께 산 1년 - 이명주

1970년 생, 의사, 고려대 의과 대학을 졸업한 후 연세대 보건 대학원에 입학, 1997년 10차 남극 월동 대원으로 선발되어 세종 기지에서 1년간 생활

" 여자 의사가 어떻게 남자들의 건강을 관리하지요? " 면접관은 이렇게 물었다.

" 보건복지부 장관이 여의사 면허증을 따로 만들어주지는 않습니다. 자격증이란 일정한 기준을 통과하면 주는 것입니다." 이런 대답 후에야 그는 제10차 남극 과학 연구단의 일원이 되었다. 남극에서 월동하는 최초의 여성 대원이라는 것, 그때까지도 아시아 국가 전부를 통틀어 월동한 여성 대원이 없었다는 것은 나중에 알게 되었다. 남성들 중심이었던 월동대에 끼어 들어 '여성'이 아닌 '대원'으로 인정받는데는 6개월이라는 시간이 필요했다. 그 과정에서 그는 도배, 시멘트 공사, 기름 탱크 청소 같은 일들을 해내어야 했고 이런 일들을 성공적으로 치러 내면서 자신감을 가지게 되었다. 남극 월동 기간 동안 그는 미스코리아, 미스 아시아로 살아야 했다. 하지만 폴란드 같은 경우, 홍일점인 여성이 월동 대장을 할 정도로 서구 여성들의 진출은 흔한 일이었다. 그는 다음과 같이 말한다. '최초의 여성 대원으로서 겪어야 했던 일들은 사회에 진출하는 여성들의 수가 늘어나면서 저절로 해결될 겁니다. 남성의 없는 자리를 매우는 여성이 아니라 여성을 선택할 수밖에 없는 시대가 열리고 있으니까요.' 라고 말이다.  

* 내가 탐사해보고 싶은 곳은?

- 과학동아 1998년 2월 기사 중에서

   
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2011-02-02 19:19
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