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시온스티커 목록

조회 : 29772 | 2008-04-29


맥주병에 맛있게 먹을 수 있는 온도가 표시되고, 프라이팬에 요리하기 좋은 온도가 표시됩니다. 컵에 뜨거운 커피를 따르면 숨겨진 사랑의 메시지가 나타나기도 하고, 얇은 플라스틱을 머리에 대면 체온이 표시되기도 합니다. 이는 모두 시온잉크의 마술입니다. 우리도 시온잉크로 마술을 한 번 부려볼까요?




<실험 개요>
(탐구) 온도 변화에 따라 시온잉크의 색 변화를 관찰할 수 있다.
(지식) 저항과 열의 발생의 관계를 이해한다.
(태도) 시온 잉크를 이용한 생활 속 예를 찾을 수 있다.




<실험 재료>
종이(photo paper), 시온스티커(30℃ or 50℃), 사포, 니크롬선, 가위, 투명테이프(또는 양면테이프), 건전지, 알루미늄 호일




<실험 과정>
1. 가로 9cm 세로 6cm정도의 크기로 종이를 오려낸다.
2. 시온스티커를 예쁘게 잘라 종이에 붙인다.
3. 8.5㎝정도의 아크릴선을 준비하고 양쪽 끝을 사포로 문질러 피복을 벗겨낸다.
4. 종이 뒷면에 아크릴선을 두고 그 위에 호일을 덮은 후 투명테이프로 고정한다.
5. 건전지의 극을 호일의 양쪽 끝에 대어 시온스티커의 변화를 관찰해 보자.






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<실험 원리>
시온 잉크는 컵이나 펜던트와 같은 장식품이나 편리한 온도계로 이용되기도 한다. 또한 온도계를 사용하기 어려운 곳에도 간단하게 사용할 수 있어서 대용량 전기 장치에서 전동기, 변압기, 저항, 스위치, 또는 도선의 접속 부위 등의 과열 가능성이 높은 곳에서 안전사고를 예방하는 목적으로 많이 이용되고 있다.

우리 주변에서도 이러한 시온스티커의 원리를 이용해서 생활용품의 편리를 제공할 수 있는 것에는 어떤 것들이 있을지 생각해 보자.



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<생각해 보기>
1. (지식) 니크롬선에서 열이 발생한 까닭은?
2. (탐구) 시온물감을 이용하여 할 수 있는 다른 실험은 어떤 것들이 있을 지 생각해 보자.
3. (태도) 생활 속에서 시온 물감이 이용되는 사례를 찾아보자.




◆ 읽을거리 [이덕환의 과학세상] - 시온잉크
세상에 존재하는 모든 물질은 고유한 색을 가지고 있다. 물질을 구성하는 분자가 우리 눈에 보이는 가시광선(可視) 중에서 일부를 흡수하고 나머지를 반사하기 때문이다. 가시광선을 모두 흡수하는 물질은 검은색으로 보이고, 모두 반사하는 물질은 흰색으로 보인다. 가시광선을 전혀 흡수하지 않고 통과시켜버리는 물질은 투명하게 보인다.

분자가 어떤 색의 빛(전자기파)을 흡수하는지는 분자를 둘러싸고 있는 전자들의 분포 특성에 의해서 결정된다. 대부분의 경우에는 분자를 구성하는 원자들의 공간적인 배열에 따라서 전자의 분포 특성이 크게 달라진다. 그래서 분자의 모양이 변하지 않으면 전자의 분포 특성도 달라지지 않고, 따라서 색깔도 변하지 않는다. 붉은 물감은 언제나 붉게 보이고, 푸른색 염료는 언제나 푸른색으로 보이게 된다는 뜻이다.

그런데 3700만 종에 이르는 다양한 물질들이 모두 그렇게 고집이 센 것은 아니다. 주변의 상황에 따라서 전자의 분포 특성이 크게 달라지는 분자들도 있다. 고체 결정에서 원자핵들의 배열이 달라지거나, 수용액의 수소 이온 농도가 변하거나, 함께 붙어있던 물이 떨어져 나가거나, 반대로 물 분자가 달라붙게 되면 그런 일이 일어나는 경우가 있다. 그렇게 되면 물질의 색깔도 함께 변한다. 과자 봉지에 들어있는 방습제(防濕劑)가 수분을 충분히 흡수하면 푸른색으로 바뀌는 것이 그런 현상을 이용한 것이다.




시온 잉크는 온도에 따라 색깔이 변하는 물질이다. 온도에 따라 분자의 구조가 달라지거나, 물 분자의 결합 정도가 달라지거나, 분자들의 배열 방법이 달라지면서 전자의 분포 특성이 달라지면서 고유한 색깔도 달라진다. 원래의 온도로 되돌아오면 본래의 색깔을 되찾는 경우도 있고, 한 번 색깔이 변하면 다시 본래의 색으로 돌아오지 않는 경우도 있다. 분자의 구조가 본래의 모습으로 되돌아올 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있기 때문이다.

온도에 따라 색깔이 변하는 물질은 1940년대에 처음 개발됐고, 제2차 세계대전 이후에 독일의 화학회사 바스프에 의해서 본격적으로 상업적인 판매가 시작됐다. 초기에는 주로 중금속 이온의 화합물이 이용됐다. 일본에서 개발했던 아이오딘화 수은 화합물이 그런 경우다. `텔모칼러' 또는 `카멜레온'이라는 이름으로 판매가 됐다.




요즘은 고체와 액체의 중간 성질을 가지고 있는 액정이 주로 이용된다. 온도에 따라 막대 모양의 액정 분자들의 배열이 달라지면서 빛이 통과하는 특성이 달라지는 현상을 이용한 것이다. 1970년대부터는 전자를 주고받는 특성이 크게 다른 두 종류의 극성 화합물의 혼합물을 이용한 시온 잉크도 개발되기 시작했다.

시온 잉크의 용도는 정말 다양하다. 컵이나 펜던트와 같은 장식품이나 편리한 온도계로 이용되기도 한다. 정말 심각한 목적으로 이용되기도 한다. 시온 잉크는 기계의 복잡한 구조 때문에 온도계를 사용하기 어려운 곳에도 간단하게 사용할 수 있다. 그래서 대용량 전기 장치에서 전동기, 변압기, 저항, 스위치, 또는 도선의 접속 부위 등이 안전 기준 이상으로 과열되면서 생기는 문제를 예방하는 목적으로 많이 된다. 과열 가능성이 높은 곳에 시온 잉크를 이용하면 위험을 미리 알려주는 수단이 될 수 있다. | 이덕환 서강대 과학커뮤니케이션 교수




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