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물질의 양

우리 주변에는 책상과 책, 전기 스탠드, 창유리, 찻잔과 접시, 병, 플라스틱 상자, 가위 등 많은 물체가 있다. 이들은 제각기 다른 크기와 무게를 가지고 있다. 그리고 이들을 다룰 때 그 길이나 면적, 부피 그리고 무게 등 물체의 양에 따라 구별하는 일이 흔히 있다. 양의 의미와 취급에 대해서 생각해 보기로 하자.

넓이

넓이의 단위로는 여러 가지가 있지만, 기준으로는 1제곱미터(㎡)가 사용되고 있다. 이것은 한변의 길이가 1m인 정사각형의 넓이와 같다. 임의의 크기를 지닌 정사각형의 넓이를 잴 때는 길이를 잴 때와 마찬가지로 이 1㎡인 정사각형의 몇 배인가를 비교하면 된다. 또, 정사각형 이외의 직사각형·삼각형·원 등 모양이 규칙적인 것의 넓이는 각각 변의 길이, 높이, 반지름 등을 재서 수학적으로 계산할 수 있다. 모양이 불규칙한 것의 넓이는 모눈종이를 사용하여 그 형태를 옮기고 그 모눈의 수로 넓이를 구할 수가 있다. 또, 플래니미터를 사용하여 직접 구할 수도 있다.

무게

모든 물질에는 무게가 있다. 무게를 재려면 용수철 저울이나 양팔 저울을 이용하면 된다. 용수철 저울로 잴 때는 그 물질에 작용하는 지구의 중력을 재는 것이므로 중량이라고 한다. 중량은 중력이 변화하면 달라지므로 지구상에서는 적도 부근에서 쟀을 때와 북극에서 쟀을 때는 같은 물질이라도 중량이 달라진다. 또, 지구상에서 쟀을 때와 달에서 쟀을 때는 달의 중력이 작으므로 훨씬 가벼워진다(약 1/6). 양팔 저울로 잴 때는 그 물질과 추를 평형이 되게 하고, 평형이 되었을 때의 추의 무게로 그 물질의 무게를 나타낸다. 이 경우는 물질과 추에 똑같은 크기의 중력이 작용하여 서로 상쇄되므로, 지구상에서는 물론이고 달에서도 같은 무게를 나타내게 된다. 이와 같은 양을 질량이라고 한다. 학문적으로는 흔히 질량이 사용된다. 질량을 사용하면 어떤 곳에서 한 실험이라도 정량적으로 똑같은 결과가 되기 때문이다. 따라서, 화학에서는 용수철 저울이 아니라 반드시 양팔저울을 사용한다. 무게의 단위는 여러 가지가 있지만, 전세계에서 공통으로 사용하는 질량의 단위는 킬로그램(kg)이다. 이것은 국제 킬로그램 원기(原器)의 질량을 I㎏으로 정한 것이다. 처음에는 4℃의 물 1ι의 질량을 기준으로 해서 원기를 만들었으나, 현재는 이 물의 질량을 정밀하게 결정하기가 어렵다는 것을 알았기 때문에 원기를 기준으로 삼고 있다.

질량 보존의 법칙

質量保存－法則 물의 질량과 소금의 질량을 각각 측정했을 때의 질량의 합계는 이 2가지를 섞어서 소금물을 만들었을 때의 질량과 같다. 부피의 경우와 달리 흔합물이 되어도 질량에는 변화가 없다. 또, 소금물과 질산은 용액의 질량을 각각 측정했을 때의 질량의 합계와 이들을 흔합해서 염화은이 침전한 후의 질량은 같다.이와 같이, 용해의 경우와 같이 화학 변화가 있는 경우에 반응하기 전과 반응한 후의 전체 질량은 변하지 않는다. 이러한 사실은 원자핵이 변화하는 경우를 제외하고 모든 화학 변화에 대하여 성립되므로 이것을 질량 보존의 법칙이라고 한다. 이 법칙은 물질의 변화와 그 양 사이의 관계를 생각할 때 가장 중요한 기본적인 법칙이다.