[ 문제 ]다음 제시문을 읽고 논제에 답하시오.

※유의사항
1. 논제 1부터 논제3까지 문제번호를 쓰고 순서대로 답하시오.
2. 반드시 청색 또는 흑색 볼펜으로 쓰시오.
3. 자신의 인적사항과 관련된 표현을 쓰지 마시오.
4. 수정액 또는 수정테이프나 수정스티커 등을 이용하여 고치지 마시오.

(가) 알코올을 몸에 바르면 시원한 느낌을 주고, 가스라이터에 가스를 주입할 때 가스라이터가 차게 되는데 이것은 액체가 증발할 때에 주위에서 다량의 열을 빼앗아서 기화하기 때문이다. 이처럼 액체가 기체로 바뀔 때 주위의 물체에서 열을 빼앗는 성질을 이용한 것이 바로 냉장고와 에어컨의 기초 원리이다.

물질들은 고체, 액체, 기체와 같이 서로 상태를 달리할 수 있으며 물질은 각 상태가 변화될 때 열을 흡수 또는 방출한다. 즉 얼음이 녹아 물이 되거나, 증발하여 수증기가 될 때 열을 흡수한다.

반대로 수증기가 물이 되거나, 물이 얼음이 될 때 열을 방출하게 된다.
- 고등학교 물리, 화학-

(나) 그림은 냉장고의 모식도를 나타낸 것이다.
- 고등학교 생활과 과학-



(다) 그림은 우리 몸의 체온 조절 기작을 나타낸 그림이다.



◈ 추울 때

교감 신경과 뇌하수체 전엽의 자극으로 에피네프린과 당질 코르티코이드의 분비가 촉진되어 혈당량이 증가되고, 티록신에 의해 물질대사가 촉진되어 체내 발열량이 증가된다. 교감 신경의 작용으로 피부의 모세혈관과 입모근이 수축하고 땀 분비가 억제되어 열의 방출량의 감소시킨다.

◈ 더울 때

부교감 신경의 작용으로 인슐린 분비가 늘어 혈당량이 감소되고, 티록신 분비가 감소되어 물질대사가 억제되어 체내의 발열량이 감소된다.

또한 피부의 모세혈관과 입모근이 확장되고, 땀 분비가 촉진되어 몸 밖으로 열을 많이 방출한다.
- 고등학교 생물1 -

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▶논제 1
제시문(나)의 냉장고 그림과 제시문(다)의 그림에서 공통점을 찾고, 우리 몸에서 일어나는 예를 들어 설명 하시오. 단, (다) 제시문에 나타난 내용은 쓰지 말 것.

▶논제 2
(가) 제시문을 이용하여 냉장고 원리를 설명하시오.

▶논제 3
냉장고와 에어컨은 같은 원리로 작동된다. 만일, 더울 때 방안에서 냉장고의 문을 열면 어떻게 되는지 설명해보라.

[ 최우수 학생답안 ]남주고등학교 3학년 허 규

[논제 1]

제시문(나)의 그림과 제시문(다)의 그림의 공통점은 음성피드백 작용을 통하여 '온도 유지'라는 항상성을 유지시킨다는 점이다.

우리몸에서 항상성의 예로는 삼투압 조절, 혈당량 조절, 물질대사 조절 등을 예로 들 수 있다. 만일 우리 몸의 삼투압이 높아진다면 뇌하수체 후엽에서 항이뇨호르몬인 '바소프레신'이 분비량이 많아지고 부신피질에서 무기질 코르티코이드 분비가 억제된다. 반대로 삼투압이 낮아지면 '바소프레신'분비가 줄어들게 되고, 무기질코르티코이드 분비량은 증가하게 된다.

[논제 2]

냉장고는 기본적으로 액체가 기체로 될 때 흡수하는 기화열을 이용한다. 먼저, 증기 상태의 냉매를 압축기와 응축기를 사용하여 액체 상태로 만든다. 그리고 이 액체 냉매를 팽창 밸브를 통해 냉동실 증발기로 팽창 분사시키면 순식간에 부피가 커지면서 기화하게 된다. 여기서 흡수하는 열 때문에 냉장고 속의 온도가 내려가게 되고 음식물은 차가와 지게 된다.

[논제 3]

더운 날 냉장고를 열어 놓는다고 방이 시원해 지지 않는다. 왜냐하면 [논제 2]의 원리처럼 냉장고 뒤에서 기체 냉매를 응축시키는 과정에서 열이 발생하기 때문이다. 즉, 냉장고 문을 열면 앞쪽은 잠시 시원해져도 그 만큼 냉장고 뒤의 압축기·모터·응축기는 더욱 가동되므로 전체적으로 시원해진다고 볼 수 없다. 그렇다면 냉장고와 같은 원리로 사용되는 에어컨은 어떻게 방안이 시원해질까? 이는 바로 냉장고 뒤에 있는 압축기· 모터· 응축기가 에어컨은 밖에 설치하기 때문이다. 그래서 방안이 시원해 질수 있는 것이다.

[ 첨삭 및 해설과 출제의도 ] "실생활과 연결해 출제"

[논제 1] 에 대한 이해도가 높고 정리도 잘 된 편이다. 다만, 바소프레신에 의한 삼투압 조절만 나타냈어야 바람직하다. 삼투압이 높을 때는 뇌하수체 후엽에서 바소프레신 분비량이 증가하고, 삼투압이 낮을 때는 바소프레신이 감소한다는 내용으로 정리하는 것이 바람직하다. 무기질 코르티코이드와 상관시킨 것은 전체적인 항상성 조절 차원이라서 빼는 것이 옳다.

[논제 2]에 대한 내용은 이해는 하고 있지만 정리를 잘 했으면 한다. 제시문(가)에 나와 있는 기체와 액체의 성질을 이용하여 순환하는 과정을 정리해서 설명하면 된다. 그림에서 나타난 것처럼 '냉장고 바닥의 '압축기'에서 압축된 냉매가스가 뒤쪽의 '응축기'를 통과하면서 냉각되고, 다시 '모세관'을 지나면서 저온·저압 액화가스가 된다. 이 액화가스는 '증발기'에서 기체로 변하는데 이때 열을 대량으로 빼앗아 냉장고 내부 온도를 급격히 떨어뜨리는 것이다.

냉매 가스는 다시 압축기로 되돌아가게 된다. 이 과정을 되풀이 하여 냉장고의 온도를 차갑게 유지 하여 음식물을 상하지 않게 보관할 수 있다.' 로 정리 된다면 잘 정리된 답이 될 것이다.

[논제 3]에 대한 이해도는 높으나 다음과 같이 좀 더 정리해 볼 필요가 있다.

더운 날 냉장고를 열어 놓는다고 방이 시원해 지지 않는다. 그 이유는 열을 흡수하고 방출하는 위치 차이 때문이다. 에어컨의 경우에 실내에서 열을 흡수하고, 방출은 실외기라는 것을 통해 건물 밖에서 이루어진다. 반면에 냉장고는 내부에서 열을 흡수하고, 냉장고 뒤와 바닥에서 열을 방출한다. 열의 흡수와 방출이 실내에서 이루어지기 때문에 냉장고의 문을 열어도 실내 기온을 낮추는 데는 아무런 효과가 없고, 오히려 전기사용량만 증가할 뿐이다.

# 출제의도

고등학교 물리, 화학, 생물, 생활과 과학 교과서에 나온 내용을 바탕으로 개념의 이해와 통합적이고 창의적인 사고 능력을 키울 수 있도록 실생활과 연결하여 출제를 했다.

[논제 1]의 경우, 제시문(나)와 제시문(다)에서 알 수 있듯이 피드백의 이해를 묻는 내용이고 , 우리 몸에서 일어나는 예로는 호르몬에 의한 물질대사 조절이나 혈당조절 과정 등을 정리하면 된다.

[논제 2]의 경우는 제시문(가)에 나와 있는 기체와 액체의 성질을 이용하여 순환하는 과정을 정리해서 설명하면 된다.

[논제 3]의 경우는 제시문(가)에 나타난 냉장고와 에어컨 원리가 같음에도 불구하고 쓰임에 큰 차이를 보인다. 그 내용을 알고 있는가를 묻는 문제이다. 전체적으로는 물리, 화학, 생물 교과의 벽을 넘어 통합적이고 창의적인 사고를 도출할 수 있는 능력을 키우는데 출제의 의도가 있다.

<홍영표 대정여자고등학교 교사>