제25회 서울학생탐구발표대회 보고서

※출품번호

얼음을 얼린 시간과 보관 방법에 따른

얼음이 녹는 속도의 차이

소 속 청 학 교 명 학 년 성 명

동부 서울은석초등학교 5학년 2반 이상윤

2010. 8. 18

- 2 -

•••••••• 차 례 ••••••••

1. 탐구 동기 ······························································ 3

2. 탐구 목표 ······························································ 3

3. 탐구 절차 및 선행 연구 ··············································· 3

4. 탐구 방법과 내용 및 결과 ············································ 6

(1)얼음을 얼리는 시간과 녹는 속도에는 어떤 관계가 있을까?

(2)얼음을 보관하는 방법에 따라 녹는 속도가 달라질까?

5. 탐구를 통해 새롭게 알게 된 점 ····································· 19

6. 아쉬운 점과 더 알고 싶은 점 ········································ 19

7. 참고 문헌 ····························································· 20

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순서 날짜 내용1 2010년 7월 29일 ~ 8월 1일 관찰에 필요한 준비물 챙기기

2 2010년 8월 2일 ~ 8월 6일얼린 시간과 얼음이 녹는 속도 간의

연관성 실험 관찰 및 결과 알아보기

3 2010년 8월 14일 ~ 8월 16일보관 방법과 얼음이 녹는 속도 간의

연관성 실험 관찰 및 결과 알아보기

4 2010년 8월 18일 과학탐구보고서 작성하기

1. 탐구 동기

이번 여름방학 동안 우리 가족은 외할머니와 함께 경주로 여행을 다녀왔다. 여행을

떠나기 4일 전, 외할머니께 함께 다녀오자고 했더니 외할머니께서는 “그럼, 얼음부

터 얼려야겠구나. 며칠은 얼려야 빨리 녹지 않지."라고 말씀 하셨다. 그 순간, ‘오랫동

안 얼린 얼음은 그렇지 않은 얼음보다 정말 천천히 녹을까?'라는 궁금증이 생겼고,

과학탐구보고서를 통해 직접 관찰해보면서 결과를 확인해보고 싶어졌다.

또한 4학년 과학 교과를 통해 배운 얼음을 보관하는 방법에 따 녹는 속도의 차이를

직접 실험과 정량적 분석으로 확인해보기로 하였다.

이 두 가지 탐구 관찰을 통해 조금이라도 천천히 얼음이 녹을 수 있는 방법을 알아봄

으로써 사람들이 무더운 여름을 조금이라도 시원하게 보냈으면 한다.

2. 탐구 목표

1) 똑같은 양의 물을 담은 생수병을 각기 시간차를 두고 같은 환경의 냉동실에서 얼

려서 한꺼번에 꺼내놓은 후 얼음을 얼린 시간에 따라 녹는 속도에 차이가 있는지 알

아본다.

2) 똑같은 양의 물을 담은 생수병을 동시에 냉동실에서 얼린 후 각기 다른 보관방법

을 적용해 그에 따라 얼음이 녹는 속도에 차이가 있는지 알아본다.

3. 탐구 절차 및 선행 연구

1) 탐구 일정

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2) 선행 연구

(1) 얼음의 기본 성질

가. 얼음은 물의 고체 상태를 말한다. 얼음은 0℃ 이하일 때 만들어지며, 대기 중에 있을

때는 눈(雪)의 형태로 존재한다.

나. 무색투명한 얼음의 녹는점은 0.000℃이며, 압력이 1atm 상승할 때마다 녹는점은

0.0075℃만큼 내려간다.

다. 일반적인 얼음은 얼음 I이라고 하는데, 0℃, 2,000atm 이하에서 안정된 구조를 이룬

다. 얼음 I 외에도 얼음 II, III, IV, V, VI, VII 등 고압에서 존재하는 결정구조의 얼음이

있다.

라. 보통의 얼음 결정은 육방정계(六方晶系)에 속하며, H₂O 분자는 수소결합에 의해서

무한히 이어진 구조를 보인다.

마. 얼음이 녹을 때는 일부의 수소결합이 파괴되어 육각형 터널구조가 없어지므로 액체

인 물 쪽으로 H₂O 분자가 채워진다. 따라서 물의 비중이 얼음보다 커진다.

(2) 예전의 얼음 저장법 및 취급법

가. 별다른 냉동기기가 없던 시절에는 얼음이 매우 귀했기 때문에 그 저장법이나 취급법

이 오래전부터 발달하였다. 조선시대에는 동빙고와 서빙고를 만들어 한강의 얼음을 보관

하였다.

나. 인공적으로 얼음을 만들지 못했던 옛날에는 천연얼음을 저장하는 방법 외에는 얼음

을 얻을 수 없었기 때문에 매우 귀중하게 취급하였다. 따라서 그 저장법은 오래 전부터

발달하였다. 6세기 초 신라에는 이미 석빙고라 하여 땅속 깊이 갱을 파고 내벽을 돌로 쌓

아 올려서 얼음의 용해를 방지하는 특수한 저장시설이 있었다.

다. 조선시대인 1396년(태조 5)∼1894년(고종 31)까지는 한강 하류 두모포(豆毛浦)에 1개

의 얼음 창고를 두어 국가 제사에 사용하는 얼음을 보관하였는데, 이것을 동빙고라 하였

다. 또한 별도로 8개의 얼음 창고를 두어 왕실의 주방용과 고관들 배급용으로 사용하였는

데, 이것을 서빙고라 불렀다.

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(3) 한여름에도 얼음을 보존했던 석빙고의 원리

가. 첫 번째로 석빙고는 내부에 열전도율이 뛰어난 화강암을 사용했다. 열전도율은 열을

얼마나 잘 전달하느냐를 나타내는 수치다. 즉, 열전도율이 높은 물질은 쉽게 뜨거워지고

쉽게 차가워진다. 금속이나 돌 같은 물질을 만졌을 때 흙이나 천을 만졌을 때보다 시원하

게 느껴지는 이유도 이것이다.

나. 두 번째는 공기의 대류현상을 이용한 점이다. 공기는 온도가 높을수록 분자의 운동이

활발해져 부피가 커지게 돼 같은 부피라면 더운 공기의 질량이 더 작다. 즉, 더운 공기일

수록 밀도가 작아 찬 공기의 위쪽으로 올라가게 된다. 물에 비해 밀도가 작은 물질들이

물에 뜨는 원리와 같은 현상이다.

다. 세 번째는 배수로다. 얼음을 보관하는 곳이라지만 물론 얼음이 전혀 녹지 않을 수는

없다. 물은 기본적으로 얼음보다 온도가 높기 때문에 물이 많아진다면 얼음에게 열에너지

를 전달해줘 주변의 얼음을 조금씩 계속 녹여나가게 된다. 그래서 석빙고에는 녹은 물이

빠져나갈 수 있는 배수로를 만들어 미지근한 물에 의해 얼음이 녹는 것을 방지한다.

<일반적인 얼음의 모습.> <석빙고의 내부 모습.>

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4. 탐구 방법과 내용 및 결과

[탐구 과제 1]

얼음을 얼리는 시간과 녹는 속도에는 어떤 관계가 있을까?

1) 탐구 방법

(1)준비물: 500ml 생수병 5개, 비커

2) 탐구 과정

(1) 시중에 판매되는 500ml 생수병 5개를 준비해 각기 4일(96시간), 3일(72시간), 2일

(48시간), 1일(24시간), 12시간 동안 같은 환경의 냉동실에서 얼린다.

(2) 12시간 얼린 물을 가장 마지막으로 하여 시간차를 두고 얼린 생수병을 같은 시간

에 일정한 외부 환경에 놓아둔다. 옆 생수병의 온도에 어느 정도 영향을 받을 수 있

는 점을 고려해 각 생수병들 사이에 일정한 간격을 둔다.

(3) 1시간 단위로 각 생수병마다 녹은 물의 양을 비커로 측정해 정확성을 더하고, 이

때 녹은 물은 다시 병에 넣지 않는다.

(4) 측정 결과는 표와 그래프를 통해 비교해 본다.

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얼린 시간 1시간 경과 후 녹은 물의 양 알게 된 점

4일

(96시간)200ml

ㄱ. 얼린 시간대에 따라

녹는 물의 양이 조금씩 차

이를 보였다.

ㄴ. 3일과 4일 동안 얼린

얼음은 녹는데 있어 별 차

이를 보이지 않았다.

ㄷ. 3, 4일 얼린 얼음과

12시간 얼린 얼음은 한

시간 동안 녹는 양에 있어

50ml 정도의 차이를 드러

냈다.

3일

(72시간)200ml

2일

(48시간)210ml

1일

(24시간)230ml

12시간 250ml

2) 탐구 결과

(1) 실험 결과

가. 한 시간 경과(2010년 8월 6일 오전 10시)/기후조건: 섭씨 30℃로 약간 흐린 날씨

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얼린 시간 2시간 경과 후 녹은 물의 양 알게 된 점

4일

(96시간)

100ml

(총 300ml)

ㄱ. 두 시간 경과 후에도

얼린 시간대에 따라 녹은

물의 양은 차이를 보였다.

다만, 한 시간 경과 후 때

보다 그 정도에 있어 차이

가 적어졌다.

ㄴ. 최초 한 시간 경과 때

보다 녹는 물의 양에 있어

눈에 띄게 감소했음을 알

수 있다.

ㄷ. 두 시간이 경과하는 사

이 4일 얼린 얼음과 12시

간 얼린 얼음은 녹는 양에

있어 총 75ml의 차이를 보

였다.

3일

(72시간)

110ml

(총 310ml)

2일

(48시간)

110ml

(총 320ml)

1일

(24시간)

120ml

(총 350ml)

12시간125ml

(총 375ml)

나. 두 시간 경과(2010년 8월 6일 오전 11시)/기후조건: 섭씨 30℃로 약간 흐린 날씨

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얼린 시간 3시간 경과 후 녹은 물의 양 알게 된 점

4일

(96시간)

110ml

(총 410ml)

ㄱ. 3시간 경과 후 역시

2시간 경과 때처럼 얼린

시간대에 따라 녹는 물의

양의 차이는 별로 나지

않았다.

ㄴ. 그럼에도 불구하고

12시간 얼린 물은 3시간

이 지났을 무렵 모두 녹

아 가장 적은 시간 동안

얼린 물이 가장 빨리 녹

는다는 것을 알 수 있었

다.

ㄷ. 시간이 흐르는 동안

얼음이 녹는 양은 적은

양이지만 지속적인 차이

를 보여 12시간 얼린 얼

음과 4일(96시간) 얼린

얼음의 녹는 양은 90ml

정도 차이가 났다.

3일

(72시간)

110ml

(총 420ml)

2일

(48시간)

120ml

(총 440ml)

1일

(24시간)

120ml

(총 470ml)

12시간

125ml

(총 500ml)

*모두 녹음

다. 세 시간 경과(2010년 8월 6일 오후 12시)/기후조건: 섭씨 30℃로 약간 흐린 날씨

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경과 시간 생수병 속 얼음의 상태

3시간

15분

12시간 얼린 생수병에만 얼음이

남아 있지 않다.

3시간

30분

1일 동안 얼린 얼음까지 완전히

녹았다.

3시간

50분

4일 동안 얼린 생수병에만 얼음

조각이 남아 있다.

4시간4일 동안 얼린 생수병의 얼음

까지 완전히 녹았다.

라. 이후 진행 상황

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(3) 얼린 시간에 따른 얼음의 녹는 양

경과시간

얼린 시간

1시간 2시간 3시간 4시간

12시간 250ml 375ml 500ml 500ml

1일 230ml 350ml 470ml 500ml

2일 210ml 320ml 440ml 500ml

3일 200ml 310ml 420ml 500ml

4일 200ml 300ml 410ml 500ml

<표1. 얼린 시간에 따른 얼음의 녹는 양>

(4) 탐구과제 1의 결론

가. 얼음이 빨리 녹은 순서는, 위의 <표1>과 같이

12시간 얼린 얼음 - 1일 얼린 얼음 - 2일, 3일 얼린 얼음 -4일 얼린 얼음 순이었다.

나. 가장 빨리 녹은 12시간 얼린 얼음과 가장 나중에 녹은 4일(96시간) 얼린 얼음은

녹는 시간에 있어 한 시간가량 차이를 보였으며, 양에 있어서는 12시간 얼린 얼음이

4일 동안 얼린 얼음보다 90ml 빨리 녹았다.

다. 얼린 얼음은 처음엔 3, 4일 얼린 얼음보다 좀 더 빠른 속도로 녹기 시작했지만 결

과적으로는 3일 얼린 얼음과 비슷한 시간대에 완전히 녹았으며, 4일 얼린 얼음과는

30분미만의 속도 차이를 보였다.

라. 실험 결과를 통해 얼음의 보존기간에 있어 참고자료로 활용할 수 있다.

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<그래프1. 얼린 시간에 따른 얼음의 녹는 양>

[탐구 과제 2]

얼음을 보관하는 방법에 따라 녹는 속도가 달라질까?

1) 탐구 방법

(1) 준비물: 500ml 생수병 5개, 신문지, 알루미늄 호일, 수건, 비닐, 비커

2) 탐구 과정

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가. 시중에 판매되는 500ml 생수병 5개를 준비해 같은 환경의 냉동실에서 2일(24시

간) 동안 얼린 후 신문지와 알루미늄 호일, 수건, 비닐 등에 싸서 외부에 노출시킨다.

무언가에 싸서 보관하는 것과 그냥 두는 것의 차이를 알아내기 위해 한 병은 아무것

도 싸지 않은 채로 둔다.

나. 외부 공기와의 차단 효과를 높이기 위해 고무 밴드나 끈을 이용해서 단단하게 묶

는다.

다. 가급적 공기와 닿는 시간을 줄이기 위해 2시간 간격으로 포장을 풀어 녹은 물의

양을 비커로 측정한다. 이때 녹은 물은 다시 병에 담지 않는다.

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보관방법 2시간 경과 후 녹은 물의 양 알게 된 점

신문지

포장95ml

ㄱ. 얼린 생수병을 그대로

실온에 방치하는 것보다

포장을 했을 때 훨씬 얼

음이 늦게 녹는다는 것을

확인할 수 있었다.

ㄴ. 첫 번째 관찰이 이루

어진 오후 1시부터 3시까

지는 햇볕이 가장 강렬한

시간대로 열전도율이 높

은 알루미늄 호일로 포장

한 생수병의 얼음이 빠른

속도로 녹았음을 알 수

있었다.

ㄷ. 2시간 동안 햇볕이 가

장 잘 비치는 공간에 방

치해 놓은 결과, 신문지와

수건으로 포장해놓은 얼

음 생수병이 가장 늦은

속도로 녹고 있음을 알

수 있었다.

알루미늄

호일

포장

160ml

수건

포장95ml

비닐

포장130ml

포장하지

않음240ml

3) 탐구 결과

(1) 실험 결과

가. 두 시간 경과(2010년 8월 16일 오후 3시)/기후조건: 섭씨 29℃의 햇볕이 강한 날씨

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보관방법 4시간 경과 후 녹은 물의 양 알게 된 점

신문지

포장

150ml

(총 245ml)

ㄱ. 햇살이 강한 상태에서

는 아무리 얇은 소재거나

열전도율이 높다 해도 포

장을 하지 않은 얼음 생

수병보다 확연히 늦게 녹

았지만, 햇살이 강하지 않

은 상태에서는 큰 차이가

없음을 알 수 있다.

ㄴ. 신문과 수건으로 포장

을 한 얼음병은 똑같은

속도로 녹고 있음을 알

수 있었다.

알루미늄

호일

포장

180ml

(총 335ml)

수건

포장

150ml

(총 245ml)

비닐

포장

180ml

(총 320ml)

포장하지

않음

180ml

(총 430ml)

나. 네 시간 경과(2010년 8월 16일 오후 5시)/기후조건: 섭씨 28℃의 햇빛 없는 날씨

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보관방법 6시간 경과 후 녹은 물의 양 알게 된 점

신문지

포장

100ml

(총 345ml)

ㄱ. 햇볕이 전혀 없는 밤

날씨에서는 얼음이 녹는

양과 속도가 포장의 종류

에 상관없이 모두 비슷하

다는 것을 알 수 있었다.

ㄴ. 햇볕이 있는 상태에서

상대적으로 녹는 속도가

빨랐던 포장 안한 얼음

생수병이 가장 빨리 녹았

다.

알루미늄

호일

포장

100ml

(총 435ml)

수건

포장

100ml

(총 345ml)

비닐

포장

100ml

(총 420ml)

포장하지

않음

70ml

(총 500ml)

다. 여섯 시간 경과(2010년 8월 16일 오후 7시)/기후조건: 섭씨 28℃의 햇볕 없는 날씨

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경과 시간 생수병 속 얼음의 상태

8시간 20분

아무 것으로도 포장하지 않은 얼음 생수병에 이어 알루미늄 호일로 싼

얼음 생수병의 얼음도 완전히 녹았다. 햇볕이 강할 때 열전도율이 높은

알루미늄 호일로 포장한 생수병의 얼음이 급속도로 녹았기 때문이다.

8시간 30분 비닐로 싼 얼음 생수병의 얼음이 완전히 녹았다.

10시간

20분

수건과 신문지로 싼 생수병의 얼음이 완전히 녹았다.

라. 이후 진행 상황

4) 보관 방법에 따른 얼음의 녹는 양

경과시간

보관방법

2시간 4시간 6시간 10시간 20분

신문지 95ml 245ml 345ml 500ml

수건 95ml 245ml 345ml 500ml

알루미늄 호일 160ml 335ml 435ml 500ml

비닐 130ml 320ml 420ml 500ml

포장하지 않음 240ml 430ml 500ml 500ml

<표2. 보관 방법에 따른 얼음의 녹는 양>

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5) 탐구과제 2의 결론

가. 보관 방법에 따라 얼음 생수병의 얼음이 빨리 녹은 순서는, 위의 <표2>와 같이

아무 포장도 하지 않은 얼음 생수병 - 알루미늄 호일로 포장한 얼음 생수병 - 비닐

로 포장한 얼음 생수병 - 신문과 수건으로 포장한 얼음 생수병 순이었다.

나. 가장 빨리 녹은, 아무 포장도 하지 않은 얼음 생수병과 가장 늦게 녹은 신문과 수

건으로 포장한 얼음 생수병은 녹는 시간에 있어 4시간 20분이라는 상당한 차이를 보

였다. 또한 녹는 양에 있어서도 각기 수건과 신문으로 싼 얼음 생수병은 아무 포장도

하지 않은 얼음 생수병보다 155ml가량 늦게 녹았다.

다. 햇볕이 강할 때 외부에서 얼음 생수병의 얼음을 좀 더 오랫동안 유지하고 싶으면

생수병을 다시 한 번 포장하는 것이 좋다는 것을 확인할 수 있었다.

라. 얼음 생수병의 오랜 유지를 위해 집에 있는 수건이나 신문지를 이용하면 그 효과

를 더욱 확실하게 볼 수 있다는 것도 알게 되었다.

<그래프2. 보관 방법에 따른 얼음의 녹는 양>

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5. 탐구를 통해 새롭게 알게 된 점

(1) 얼음을 얼린 시간에 따라 녹는 시간이나 양에 차이가 있다는 외할머니의 말씀을

듣고 인터넷으로 먼저 이와 관련된 내용을 찾아보았다. 그런데 과학적인 증거를 들거

나 직접 실험을 해본 경우는 없고, 거의 추측만으로 얼음을 얼린 시간에 상관없이 모

든 얼음은 비슷한 속도로 녹는다는 내용들이 많았다. 직접 실험 관찰을 해보니, 얼음

을 얼린 시간에 따라 녹는 속도나 양에 차이가 있다는 것을 알게 되었다. 여름에 장

시간에 걸쳐 나들이를 할 때는 미리 며칠 전에 얼음을 얼려두면 그만큼 오랫동안 시

원한 물을 마실 수 있을 것이다.

(2) 또한 얼음을 얼린 후 어떻게 보관하는가에 따라서도 얼음이 녹는 속도나 양에 차

이가 있음을 알 수 있었다. 특히 신문이나 수건 등 집안에서 쉽게 구할 수 있는 것을

이용해 얼려진 생수병을 단단히 싸면 오랫동안 얼음 상태를 유지할 수 있다는 것을

실험을 통해 알 수 있었다. 이 방법은 햇볕이 강한 날 특히 유용하게 활용할 수 있을

것으로 보인다.

(3) 2개의 실험 관찰을 통해 뜨거운 여름에 여행을 떠날 때는 최소한 3일 이전에 냉

동실에 생수병을 넣어둔 다음, 꽝꽝 언 얼음 생수병을 신문이나 수건으로 잘 싸서 갖

고 나가는 것이 좋겠다는 생각이 들었다.

(4) 집에 아이스박스가 없을 경우에는 박스나 가방 안에 열전도율이 낮고 공기의 흐

름을 차단해주는 수건이나 신문지들로 테두리를 만든 다음, 그 안에 얼음 생수병을

넣어서 가면 그렇지 않은 경우보다 훨씬 오랫동안 얼음 상태를 유지할 수 있을 것으

로 생각된다.

6. 탐구 과정에서 아쉬웠던 점과 더 알고 싶은 점

(1) 얼음이 녹는 양을 관찰하는 과정에서 기후 상태 및 온도가 일정하지 않아 같은

시간 동안 측정한 양임에도 불구하고 녹는 양에 다소 차이가 있었다.

(2) 앞서 진행한 두 가지 방법 외에도 놋그릇, 스테인리스, 도자기, 유리, 플라스틱 등

얼음을 얼리는 용기에 따른 녹는 속도 및 양에 대해서도 실험 관찰을 했다. 하지만

완전히 봉해진 상태가 아니라 (한 면이 외부 공기와 닿을 수밖에 없는) 그릇 형태이

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다 보니 제대로 된 실험 관찰에 무리가 있었다. 우리 전통 그릇들과 요즘 많이 쓰는

재질의 그릇들에 같이 얼음을 얼려봄으로써 어느 용기가 얼음을 가장 오랫동안 보존

해주는지 알고 싶었다. 이러한 재질로 되어 있으면서 외부 공기를 차단할 수 있는 형

태의 용기가 있다면 이 주제로도 다시 한 번 실험 관찰을 해보고 싶다.

(3) 이번에 보고서에 담은 두 가지 방법 외에도 일상생활에서 얼음을 좀 더 오랜 시

간 녹지 않게 할 수 있는 방법으로는 무엇이 있을지 앞으로도 꾸준히 관심을 가져봐

야겠다.

7. 참고문헌

네이버 위키백과_http://ko.wikipedia.org/wiki

네이버 백과사전 http://100.naver.com

네이버 지식검색 kin.naver.com

IDEA & DESIGN http://www.storyplus.co.kr

네이버 블로그 http://blog.naver.com/dotbyul?Redirect=Log&logNo=90093519338

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