온도계

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알코올 온도계

1. 개요2. 역사3. 종류

3.1. 알코올 온도계3.2. 수은 온도계3.3. 바이메탈 온도계3.4. 서미스터 온도계3.5. 적외선 온도계3.6. 갈릴레이 온도계3.7. 띠 온도계3.8. IoT 온도계

1. 개요

온도계( 溫度計, thermometer)는 온도를 재는 장치를 말한다.

수은, 알코올, 바이메탈 등을 사용하여 온도에 따라 액체나 고체의 부피가 변하는 원리를 사용하는 온도계가 많다. 초등학교 과학 실험에서 한두 번쯤 보았을 것이다. 요즘에는 전자기력을 사용하는 전자 온도계가 많아지는 추세.

집에 전자 온습도계를 구비하면 여러모로 쓸모가 많다. 저렴한건 1~2만 원선이라 부담도 적다.

몸의 온도를 재는 장치를 체온계라고 부른다. 가장 전형적인 '그림이 나오는 형태'는 입에 물고있는 모양새지만, 실제로는 겨드랑이에 끼워서 열을 재거나 귀에 전자 체온계를 넣는 경우가 많다. 입에 물고 있는 경우에도 정확히 재려면 혀 아래에 끼우고 있어야 하는데, 여러 사람이 돌려쓰려면 위생 문제가 있기 때문에 겨드랑이 사이로 사용법이 대체된 것.

참고로 일반적인 알코올 체온계로도 체온을 잴 수 있다. 그러나 겨드랑이에서 꺼내는 즉시 바깥공기와 접촉하면서 온도가 다시 쭉쭉 내려가는 것을 볼 수 있다(...) 그래서 체온계는 체온을 잰 후 눈금이 바로 내려가지 않도록 아래쪽의 구부와 위쪽 눈금 사이에 특수하게 가공을 해놓는다. 팽창한 수은이 구부로 다시 내려가기 힘들도록 아래쪽 튜브를 매우 가늘게 만들어놓는다. 그래서 옛날식 수은 온도계를 쓸 때는 재기 전에 탈탈 흔들어서 눈금 리셋(?)을 해 줘야 한다.

전자 온도계가 많아짐에 따라 귀에 대고 온도를 측정하는 형태의 전자식 체온계도 많아졌는데, 2009년 신종플루가 확산되자 불티나게 팔려나갔다. 이 체온계의 장점은 비교적 정확하고 측정 속도가 신속하다[1]는 것이다.

그리고 귀에다 잠깐 접촉하는 것도 꺼리는 학부모가 많아지면서, 비접촉식 적외선 체온계 보급이 점차 늘고 있다. 특히 2020년 코로나19가 유행하며 각종 공공장소에서 체온측정이 시행되었고, 코로나19의 강력한 감염력을 우려하여 비접촉식 체온계 타입이 폭발적으로 보급되기에 이른다.

2. 역사

기록에 남아 있는 가장 오래된 온도계는 갈릴레오 갈릴레이의 작품이다. 당시 액체가 열을 받으면 팽창한다는 사실은 널리 알려져 있었고, 그는 이를 이용해 1636년에 물 온도계를 개발했다. 다만 물의 비열은 자연에 존재하는 물질 중에서도 손가락으로 꼽을 만큼 높기 때문에 그리 유용한 물건은 아닌 것처럼 보인다.

현재까지도 많이 쓰이는 알코올 온도계와 수은 온도계는 파렌하이트가 각각 1709년과 1714년에 발명했고, 이를 이용해 화씨 단위를 제창했다. 이 단위는 나중에 셀시우스가 섭씨 단위를 제안하게 한 발판이 되었다.

3. 종류

3.1. 알코올 온도계

Alcohol thermometer

온도계 하면 가장 먼저 생각나는 이미지. 좁은 유리관에 붉게 염색한 알콜을 채운 것이다. 맨 밑에 차 있는 알코올이 온도에 따라 미세하게 팽창/수축하면서 위쪽의 좁은 유리관에 그 변화가 확대되어 나타난다. 내부에 채운 알코올의 팽창/수축으로 온도를 측정하는 특성상 측정 한계 이상으로 가열하면 알코올이 온도계 안에서 과도하게 팽창하여 온도계가 터져 버린다.[2] 터지면서 유리 조각과 알코올이 사방에 흩뿌려지므로 방을 엉망으로 만들고 싶지 않다면 온도계를 너무 많이 가열시키지 말자.

3.2. 수은 온도계

Mercury-in-glass thermometer

원리는 알코올 온도계와 같지만 안에 알코올 대신 수은을 채운 온도계. 알코올 온도계보다 정확해 예전에는 많이 사용되었지만, 수은의 유해성으로 인해 한국에서는 2015년부터 수입 및 제조가 완전 금지되었다.[3] 각종 문학작품이나 에세이에 많이 나오는 “수은주가 영하로 내려가고” 운운은 바로 이 수은 온도계를 일컫는 것이다.[4] 특히 그 정확성 때문에 주로 체온계로 많이 사용되었지만 요즘은 서미스터 온도계(전자온도계)로 완전히 대체되었다. 녹는점 이하인 섭씨 -38.8도 미만의 온도는 측정할 수 없으며, 이에 대처하는 방법으로는 탈륨을 일부 첨가한 합금을 사용하는 방법과[5] 펜테인(MP: -129.8℃)을 착색하여 사용하는 방법이 존재한다.

3.3. 바이메탈 온도계

서로 열팽창률이 다른 금속판 2개를 붙여서 만든 온도계. 아날로그 시계처럼 생겨 벽에 걸어두는 온도계가 여기에 해당된다. 열팽창률이 다른 금속판 2개를 붙여놓으면 온도의 변화에 따라 휘어지는 성질을 이용한 것. 알코올이나 수은에 비해 반응이 가장 늦다. 온도가 갑자기 변화하면 몇 분은 지나야 반응한다.
바이메탈 온도계는 식당에서 조리용으로 가장 많이 사용되는 종류이며, 또한 온도측정이 필요한 습식 사우나 등에도 많이 걸려 있다. 일반적으로 다이얼식 측정이나 디지털식 측정으로 구분된다. 가격이 꽤 싼 편이고, 쉽게 사용할 수 있으며, 적은 편차로 상대적으로 정확하고, 재보정이 간편하다. 또한, -18°C 에서 104°C 까지의 범위를 측정할 수 있다. 움푹 패인 부분부터 끝까지가 온도계의 센서 부분이다. 측정값(눈금)을 읽기 전에 최소한 15초 동안 측정할 것에 넣어두어야 한다.
주방에서 자주 사용되는 튀김온도계나 중심 온도계 중 아날로그 계기판이 달려 있는 것도 바이메탈 온도계이다. 튀김온도계의 경우 튀김 온도를 재야하는 특성상 220 °C 까지도 측정이 가능하다. 또한 검침핀이 직접 측정 부위에 닿기에 온도 변화도 빠른 편.

3.4. 서미스터 온도계

전자온도계라고 불리는 것이 바로 이것. 열을 감지하는 센서를 이용하여 온도를 잰다. 전기가 필요하지만, 온도계 중에 반응이 가장 빠르다. 한 예로 체온을 잴 때 수은 체온계는 겨드랑이에 넣고 몇 분은 있어야 되지만, 서미스터 체온계는 귀에다 잠깐[6] 대기만 하면 된다.

3.5. 적외선 온도계

적외선 흑체복사를 감지하여 온도를 재는 방식. 비접촉식인 것이 특징이다. 너무 고온이라 접촉식으로 온도를 잴 수 없는 장소에서 사용한다. 주로 공업용으로 사용된다. 가정에서도 요리할 때 써먹을 수 있다. 2020년 코로나19 범유행 이후에는 서미스터 대신 적외선식 체온계가 점차 널리 보급되고 있는 추세다.

3.6. 갈릴레이 온도계

밀도가 다른 여러 물체를 액체가 가득 채워진 유리관 안에 넣는 것으로 오늘날은 실용적인 온도로는 사용되지 않고 간지용으로 사용될 뿐이다.

3.7. 띠 온도계

특정 온도에서만 밝게 보이고 그 외 온도에서는 검게 보이는 특수 물질을 이용, 종이 띠 모양에 해당 온도를 숫자로 써 넣은 것. # 저렴하고 인테리어 효과도 있으나 대략의 온도만을 알 수 있다. 주로 어항이나 욕조 옆에 스티커 형태로 붙여놓고 수온측정용으로 사용한다.

3.8. IoT 온도계

스마트 홈의 일부로, 보통 에어컨과 연동해서 방 온도 조절에 쓰인다. 에어모니터 플러스, 에어모니터 스탠다드 등의 삼성 에어모니터가 대표적이다.

[1] 신종플루가 한창 유행할 당시 군대에서는 전 장병을 대상으로 하루 1회 체온 측정을 의무화 했었는데, 이것이 가능했던 것은 전적으로 전자식 귀 체온계가 널리 보급된 덕분이었다. 정말 잠깐이면 체온을 잴 수 있기 때문에, 저녁점호 때마다 매번 전 부대원의 체온을 측정할 수 있었다. [2] 같은 방식인 수은 온도계도 한계를 넘으면 터진다. [3] 본래 2014년부터 시행 예정이었으나 1년 유예되었다. [4] 수은+기둥 주(株). [5] 수은 문서에도 있지만, 탈륨을 8.5% 수준 함유한 수은합금은 녹는점이 섭씨 -60도 정도까지 내려간다. [6] 약 0.5초에서 2초 이내. 사실 이 방식으로는 0.1초면 온도를 잴 수 있지만, 대개는 측정 정확도를 높이기 위해 온도를 여러 번 측정한 다음 평균값을 구하는 방식을 쓰기 때문에 이 정도의 시간이 걸리는 것이다.

온도계