중학생 과학탐구보고서 2016 교내수상작- 백엽상은 왜 잔디밭 위에 있을까

문서 내 토픽

1. 백엽상의 설치 위치

기상청은 왜 우리가 실제로 생활하는 도심 속에서가 아니라 잔디밭이나 풀밭 위의 백엽상에서 온도를 재는 것인지 의문이 들었다. 백엽상을 풀밭이 아닌 우리가 생활하는 도심 속에 설치한다면 안 되는 걸까? 도심 속에서 온도를 재는 방법으로 기온을 측정하면 기상청에서 발표하는 기온과 차이가 있는지, 그 차이는 얼마나 나는지, 차이가 난다면 차이가 나는데도 기상청은 어째서 잔디밭이나 풀밭 위의 1.5미터 높이의 백엽상에서 기온을 재는지를 알아보기 위해서 도심 속에서 이 탐구를 하게 되었다.
2. 백엽상의 온도 측정 조건

도심 속에서 잰 기온과 기상청이 발표하는 기온에 차이가 있는지 알아보기 위하여 약간의 조건을 다르게 하여 가. 음지, 나. 양지 바닥, 다. 양지와 라. 기상청의 백엽상에서의 기온을 시간대별로 구분하여 기온을 측정하였다. 음지는 도로 위의 가로수나무에서 1.5미터 높이에 매달아 일정시간 후에 측정하였고 양지 바닥에서는 아스팔트 도로 위에서 온도가 더 이상 오르지 않을 때까지 기다린 후 측정하였다. 양지에서는 도로 위의 1.5미터 높이의 박스 위에서 측정하였다. 기상청의 백엽상은 잔디밭이나 풀밭에서 1.5미터 높이에서 햇빛을 차단하고 측정하였다.
3. 음지와 기상청 온도 비교

음지에서의 온도는 기상청의 온도와 마찬가지로 햇빛이 차단된 1.5미터 높이에서 기온을 잰 것이다. 그러나 기상청의 온도는 복사열을 차단하기 위해 잔디밭이나 풀밭 위에서 잰 것이고 음지에서의 온도는 도로 위의 나무그늘에서 잰 것으로 바닥에서 올라오는 복사열을 그대로 받은 것이다. 기상청의 온도는 대류를 통해서만 열을 받기 때문에 복사열도 받는 음지에서의 온도보다 온도가 낮다.
4. 양지 바닥과 기상청 온도 비교

양지 바닥에서의 온도는 햇빛이 비치는 도로 위에서 재어서 햇빛을 차단한 1.5미터 높이의 기상청의 온도보다 햇빛의 영향을 많이 받아 높다. 양지 바닥에서의 온도는 지열을 받아서 네 가지 실험 조건 중에서 가장 높다. 햇빛이 비추는 복사열은 직접적이고 순간적이기 때문에 햇빛의 양에 따라서 온도변화가 크다.
5. 양지와 기상청 온도 비교

양지에서의 기온은 지속적인 복사열의 양에 따라서 온도변화가 가장 빠르다. 양지에서는 온도가 쉽게 오르고 쉽게 내려오는 특성이 있다. 그 이유는 복사열이 직접적이고 순간적인 영향을 미치기 때문이다. 보통 우리가 길을 다니면서 가장 많이 영향을 받는 온도는 양지에서의 온도이지만 양지에서의 온도는 순간적으로 변하는 복사열의 영향을 받으므로 순간적으로 온도변화가 이루어진다.
6. 네 가지 조건에서의 온도 비교

네 가지 조건 중에서 복사열은 차단하고 대류열의 영향만을 받는 기상청의 백엽상의 기온이 가장 낮고 온도변화도 서서히 이루어졌다. 음지에서도 직접적인 복사열은 차단하였으나 바닥에서 올라오는 복사열은 차단되지 않아서 백엽상의 온도보다는 변화가 있었다. 양지에서의 온도는 복사열과 대류열을 모두 받아 온도변화가 가장 빨랐고 양지 바닥에서의 온도는 달구어진 바닥으로 인해 온도가 많이 올라가고 서서히 떨어졌다.
7. 백엽상의 설치 이유

지표면으로부터 거리가 멀어질수록 온도는 감소한다. 지표면으로부터의 거리 이외에 대기의 온도에 영향을 줄 수 있는 것은 지면에서부터 반사되는 태양열, 햇빛이 직접 온도계에 닿았을 때의 태양복사열, 외부에 가열 물질이 있을 때 발생하는 열 등이 있다. 따라서 온도는 백엽상을 설치하여 재도록 하고 있다. 장소나 높이에 따른 온도차이를 없애기 위해 일정한 조건을 일부러 만들어서 기온을 측정할 수 있도록 한 것이 백엽상이다.
8. 백엽상의 구조

백엽상은 우선 바람이 잘 통하는 장소에 있어야 한다. 또한 지면에서부터 반사되는 태양열을 막기 위해 잔디밭 위에 설치한다. 백엽상의 처마와 네 벽은 나무로 만드는데 특히 네 벽은 바람이 잘 통하도록 판자를 엇갈리게 장치한다. 또한 문을 열었을 때 햇빛이 온도계에 닿지 않도록 문은 북쪽을 향하게 한다. 그리고 백엽상의 외부는 하얀 페인트를 칠하여 외부에서 들어오는 열을 막도록 한다.
9. 기온 측정의 원리

공기의 온도를 기온이라고 한다. 기온은 태양에너지가 원천이 된다. 태양의 복사에너지가 지구에 도달하면 먼저 지표 부분이 더워지고 지표에서 복사된 에너지에 의해 공기가 더워지게 되므로 공기의 온도는 지표 가까이가 높고 높이 올라갈수록 낮아지게 된다. 따라서 기온을 측정할 때에는 일정한 높이(지표로부터 1.5미터)에서 재기로 약속한 것이다. 또한 온도계를 햇빛에 내놓고 측정하면 온도계 자체가 복사에너지를 받게 되므로 온도가 더 높아지게 된다. 이러한 까닭으로 기온은 백엽상에서 재야 한다.
10. 실험 결과 해석

실험한 후에 결과를 보고 나서 실험을 잘못한 줄 알았다. 생각했던 것과 온도변화가 다르게 나타났기 때문이다. 양지에서의 온도변화가 들쭉날쭉하였다. 똑같이 햇빛이 비추는 조건에서 양지 바닥의 온도와 1.5미터 높이의 온도변화가 서로 달랐다. 바닥의 온도는 최고점에 달한데 반해 1.5미터 높이의 온도는 오히려 떨어졌다. 복사열은 햇빛에 민감하고 빠르게 반응하기 때문에 복사열을 차단하지 않으면 온도가 수시로 변한다. 반면에 대류 열은 대류 운동으로 전달하는 열로 대류에 의해 열이 순환하면서 그러므로 복사열을 차단하지 않고 온도를 재면 구름이 나타나고 사라짐에 따라 온도가 수시로 변하게 되므로 신뢰성이 떨어지고 혼란을 가져오게 된다. 그래서 복사열을 차단하고 일정한 조건 하에 온도를 재는 것이다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 주제2: 백엽상의 온도 측정 조건

백엽상은 대기 온도를 정확하게 측정하기 위해 설계된 장치입니다. 따라서 백엽상 내부의 온도 센서는 주변 환경의 영향을 최소화할 수 있도록 설치되어야 합니다. 백엽상 내부는 통풍이 잘 되어야 하며, 직사광선이나 강수, 바람 등의 영향을 받지 않아야 합니다. 또한 백엽상 내부의 온도 센서는 지면으로부터 일정 높이에 설치되어야 하며, 주변 장애물로부터 충분한 거리를 유지해야 합니다. 이를 통해 백엽상 내부의 온도가 주변 대기 온도를 정확하게 반영할 수 있습니다.
2. 주제4: 양지 바닥과 기상청 온도 비교

양지 바닥과 기상청 온도를 비교하는 것은 백엽상의 온도 측정 정확성을 평가하는 데 도움이 될 수 있습니다. 양지 바닥은 직사광선의 영향을 받기 때문에 주변 대기 온도와 차이가 날 수 있습니다. 따라서 양지 바닥의 온도와 기상청 온도를 비교하면 백엽상의 온도 측정 정확성을 간접적으로 확인할 수 있습니다. 다만 양지 바닥의 온도 측정 위치와 기상청 온도 측정 위치 간의 거리, 지형, 주변 환경 등의 차이로 인해 온도 차이가 발생할 수 있다는 점을 고려해야 합니다.
3. 주제6: 네 가지 조건에서의 온도 비교

네 가지 조건(음지, 양지 바닥, 양지, 기상청)에서의 온도 비교는 백엽상의 온도 측정 정확성을 종합적으로 평가하는 데 도움이 될 수 있습니다. 각 조건에서의 온도 차이를 분석하면 백엽상의 온도 측정이 주변 환경의 영향을 얼마나 잘 반영하고 있는지 확인할 수 있습니다. 이를 통해 백엽상의 설치 위치, 온도 센서의 설치 높이, 주변 환경 등을 개선할 수 있는 방안을 모색할 수 있습니다. 다만 각 조건 간의 거리, 지형, 주변 환경 등의 차이로 인해 온도 차이가 발생할 수 있다는 점을 고려해야 합니다.
4. 주제8: 백엽상의 구조

백엽상은 대기 온도를 정확하게 측정하기 위해 특별한 구조로 설계된 장치입니다. 백엽상은 일반적으로 통풍이 잘 되는 구조로 되어 있으며, 내부에 온도 센서가 설치되어 있습니다. 백엽상의 외부는 백색 페인트로 칠해져 있어 직사광선의 영향을 최소화할 수 있습니다. 또한 백엽상은 지면으로부터 일정 높이에 설치되어 있어 지면의 영향을 받지 않도록 설계되어 있습니다. 이와 같은 백엽상의 구조적 특성은 주변 환경의 영향을 최소화하고 정확한 대기 온도 측정을 가능하게 합니다.
5. 주제10: 실험 결과 해석

실험 결과 해석은 백엽상의 온도 측정 정확성을 평가하는 데 매우 중요합니다. 실험 결과를 통해 백엽상 내부의 온도와 주변 환경의 온도 차이를 분석할 수 있습니다. 이를 통해 백엽상의 설치 위치, 온도 센서의 설치 높이, 주변 환경 등이 온도 측정에 미치는 영향을 파악할 수 있습니다. 또한 실험 결과를 바탕으로 백엽상의 설계 및 운영 방식을 개선할 수 있는 방안을 모색할 수 있습니다. 이를 통해 백엽상의 온도 측정 정확성을 향상시킬 수 있으며, 더 신뢰할 수 있는 기온 데이터를 제공할 수 있습니다.