[대기과학기초실험]대기대순환

실험 기구 및 시약

1. 실험 재료

1) 드라이아이스, 뜨거운물, 빨/파 잉크, 스포이드 2개, 목장갑, 1L 비커 2개

2) 회전원통실험장치,  2겹원형수조

 

 

실험 방법

1. 실험Ⅰ

① 전향력실험장치에 2겹원형수조를 합쳐 회전원통실험장치를 만든다.

② 비커에 뜨거운 물을 받아 2겹원형수조 바깥쪽에 부어준다. 이 때, 뜨거운 물은 약 1L정 도 사용된다.

③ 드라이아이스를 받아 2겹원형수조 안쪽에 넣어준다. 이 때, 벽면에 최대한 많이 닿을 수 있도록 배치해준다.

④ 회전원통실험장치의 전원을 키고 2겹원형수조에 어느정도의 온도차이가 날 때까지 기다 린다.

⑤ 회전원통실험장치 위에 핸드폰을 두고 녹화를 시작한다.

⑥ 다음 사진과 같이 안쪽에 파란색 잉크, 바깥쪽에 빨간색 잉크를 떨어뜨려준다.

⑦ 잉크가 어떻게 변화하는지 관찰한다.

 

2. 실험Ⅱ

① 전향력실험장치에 2겹원형수조를 합쳐 회전원통실험장치를 만든다.

② 비커에 뜨거운 물을 받아 2겹원형수조 바깥쪽에 부어준다. 이 때, 뜨거운 물은 약 1L정 도 사용된다.

③ 드라이아이스를 받아 2겹원형수조 안쪽에 넣어준다. 이 때, 벽면에 최대한 많이 닿을 수 있도록 배치해준다.

④ 회전원통실험장치의 전원을 키고 2겹원형수조에 어느정도의 온도차이가 날 때까지 기다 린다. 이 때, 실험Ⅰ에서보다 속도는 빨라야한다.

⑤ 회전원통실험장치 위에 핸드폰을 두고 녹화를 시작한다.

⑥ 실험Ⅰ과 같이 안쪽에 파란색 잉크, 바깥쪽에 빨간색 잉크를 떨어뜨려준다.

⑦ 잉크가 어떻게 변화하는지 관찰한다.

 

실험 결과

1. 실험 결과

1) 실험Ⅰ(속도가 느릴 때)

→ 실험Ⅰ에서의 에디(소용돌이)는 다소 크게 나타났다.

2) 실험Ⅱ(속도가 빠를 때)

→ 실험Ⅱ에서의 에디(소용돌이)는 실험Ⅰ에서보다 작게 나타났다.

토의 사항

1. 실험 고찰

안쪽 칸의 차가운 얼음물은 실제 지구에서 극지방에 비교할 수 있고, 바깥쪽 칸의 더운 물은 적도 지방에 비교할 수 있다. 회전판의 회전은 지구의 자전에 비교되는데, 지구는 천구의 북극에서 볼 때 시계 반대 방향으로 자전한다. 또 수조의 물이 따뜻한 외벽에서 찬 내벽으로 흐르지 않고 원통의 회전 방향으로 파동을 이루며 흐르는 것은 위도 30° 부 근의 상공에서 나타나는 편서풍 파동에 해당한다.

 

회전이 느린 경우, 물의 대류는 전향력이 작은 적도 부근에서 연직 순환과 비슷하다.

회전이 빠른 경우 물의 움직임은 전향력이 큰 고위도에서 편서풍 파동과 비슷하다.

 

또한, 수온 차이가 커지면 물의 대류 현상이 활발해지고 파동의 수가 늘어난다.

물은 뜨거운 외벽을 따라 상승하고 얼음물이 든 내벽을 따라 하강한다. 이는 열대 지역 의 적도 부근에서 공기가 상승하고 중위도 고압대에서 하강하는 것과 유사하다.