2027 수능특강 독서 · 교과서 개념 학습
폐포의 표면 장력과 계면 활성제
신전성 · 표면 장력 · 라플라스 법칙 · 계면 활성제가 폐포의 안정성을 결정하는 원리
핵심 내용 요약·괄호형 12문제
번호를 누르면 정답이 나타납니다.
인간의 폐는 수많은 작은 ()로 이루어져 있고, 폐포의 I형·Ⅱ형 폐포 세포는 얇은 세포층을 이루어 산소와 이산화 탄소의 교환이 효율적으로 이루어지게 한다. 폐포는 탄성력이 있어 늘어났다가 다시 복원되며, 늘어나는 정도를 ()이라고 한다. 신전성이 클수록 일정량의 공기를 들이마시는 데 필요한 에너지가 줄어든다. 폐포의 표면은 얇은 액체층으로 싸여 있는데, 이 액체층에는 표면이 스스로 수축하여 가능한 한 작은 면적을 취하려는 ()이 작용한다. 표면 장력은 강한 () 때문에 형성되며, 폐포를 오그라들게 하여 폐의 신전성을 낮추는 방향으로 작용한다. 그럼에도 폐포가 평소 허탈되지 않는 것은 오그라들려는 힘과 폐포 내부의 ()이 평형을 이루기 때문이다. 폐포의 안정된 부피에 필요한 내부 공기압은 ()으로 설명되며, 식은 P=2T/r이다. 따라서 필요한 공기압 P는 표면 장력 T에 ()하고 반지름 r에 ()한다. 표면 장력이 같다면 작은 폐포일수록 더 높은 내부 공기압이 필요하므로 허탈 위험이 커진다. 그러나 ()가 분비하는 ()가 물 분자 사이의 인력을 방해해 표면 장력을 낮춘다. 특히 폐포가 작아질수록 계면 활성제의 ()가 높아져 표면 장력이 더 많이 감소하므로 작은 폐포도 안정적으로 유지될 수 있다. 계면 활성제가 부족하면 작은 폐포의 ()이 촉진되어 호흡 기능이 저하될 수 있다.
핵심 개념 관계
P: 폐포의 안정된 부피를 유지하기 위해 필요한 내부 공기압 · T: 표면 장력 · r: 폐포의 반지름
| 조건 변화 | 직접적인 결과 | 판단 |
|---|---|---|
| 표면 장력 T 증가 | 같은 반지름에서 필요한 P 증가 | 폐포 유지가 더 어려워짐 |
| 반지름 r 감소 | 같은 T에서 필요한 P 증가 | 작은 폐포가 상대적으로 허탈되기 쉬움 |
| 계면 활성제 농도 증가 | 물 분자 간 인력 방해 → T 감소 | 폐포가 오그라들려는 힘 약화 |
| 폐포가 작아짐 | 계면 활성제 농도 증가 | 작은 폐포의 불리함을 완화 |
문단별 핵심 내용과 기능
- 1문단
폐포의 구조와 신전성
폐포는 I형·Ⅱ형 폐포 세포가 이루는 얇은 세포층을 통해 기체 교환이 효율적으로 이루어지게 한다. 폐포는 탄성력을 지니며, 부피가 늘어나는 정도인 이 클수록 일정량의 공기를 들이마시는 데 필요한 에너지가 줄어든다.
문단 기능: 이후 표면 장력이 호흡에 미치는 영향을 설명하기 위한 기준 개념을 제시한다. - 2문단
액체층의 표면 장력과 폐포의 수축 경향
폐포 표면의 얇은 액체층에서는 물 분자 간의 강한 인력 때문에 표면 장력이 생긴다. 이 힘은 액체 표면의 면적을 줄이려 하므로 폐포를 오그라들게 하고 신전성을 낮춘다. 실제 폐포가 허탈되지 않는 것은 이 수축 방향의 힘과 내부 이 평형을 이루기 때문이다.
문단 기능: 폐포를 무너뜨리려는 힘과 이를 버티는 힘의 대립을 제시한다. - 3문단
라플라스 법칙과 작은 폐포의 불리함
에 따르면 P=2T/r이므로 표면 장력이 커질수록, 반지름이 작아질수록 폐포를 안정적으로 유지하는 데 필요한 내부 공기압이 커진다. 따라서 다른 조건이 같다면 작은 폐포가 더 쉽게 허탈될 수 있다.
문단 기능: 작은 폐포가 구조적으로 불리하다는 문제 상황을 수식 관계로 설명한다. - 4문단
계면 활성제에 의한 폐포 유지
Ⅱ형 폐포 세포가 분비하는 는 물 분자 사이의 인력을 방해하여 표면 장력을 감소시킨다. 폐포가 작아질수록 계면 활성제의 농도가 높아지므로 표면 장력이 더 크게 낮아지고, 작은 폐포도 쉽게 허탈되지 않는다. 계면 활성제가 부족하면 작은 폐포의 허탈이 촉진되어 호흡 기능이 떨어질 수 있다.
문단 기능: 앞 문단의 ‘작은 폐포가 더 쉽게 허탈되어야 한다’는 예측과 실제 현상 사이의 차이를 계면 활성제로 설명한다.
시험 출제 포인트 18
- 폐포는 I형 폐포 세포와 Ⅱ형 폐포 세포가 얇은 세포층을 이루고 있다.
- 신전성은 폐포가 늘어나는 정도를 뜻하며, 신전성이 클수록 일정량의 공기를 들이마시는 데 필요한 에너지가 적다.
- 폐포의 표면은 얇은 액체층으로 싸여 있다.
- 표면 장력은 액체 표면이 수축하여 가능한 한 작은 면적을 취하려는 힘이다.
- 폐포 액체층의 표면 장력은 물 분자 간의 강한 인력 때문에 형성된다.
- 표면 장력은 폐포를 오그라들게 하고 폐의 신전성을 낮추는 방향으로 작용한다.
- 폐포가 허탈되지 않는 기본 조건은 오그라들려는 힘과 내부 공기압의 평형이다.
- 라플라스 법칙의 식은 P=2T/r이다.
- 필요한 내부 공기압 P는 표면 장력 T에 정비례한다.
- 필요한 내부 공기압 P는 폐포의 반지름 r에 반비례한다.
- 표면 장력이 같다면 작은 폐포일수록 안정된 부피 유지에 더 높은 내부 공기압이 필요하다.
- 따라서 계면 활성제를 고려하지 않으면 작은 폐포가 큰 폐포보다 허탈되기 쉽다고 추론할 수 있다.
- Ⅱ형 폐포 세포는 계면 활성제를 분비한다.
- 계면 활성제는 물 분자 사이의 인력을 방해하여 표면 장력을 낮춘다.
- 폐포가 작아질수록 계면 활성제의 농도가 높아진다.
- 작은 폐포에서는 계면 활성제의 효과로 표면 장력이 더 많이 줄어들어 허탈 위험이 완화된다.
- 계면 활성제가 부족하면 작은 폐포의 허탈이 촉진되고 호흡 기능이 저하될 수 있다.
- 미숙아에게 인공 계면 활성제를 투여하는 것은 부족한 계면 활성제를 보충해 폐포의 표면 장력을 낮추기 위한 것이다.
교재 문항 핵심 판단
01 내용 일치 판단 — 정답 ④
물 분자 사이의 인력 때문에 표면 장력이 형성된다. 물 분자 사이의 인력을 방해하는 것은 표면 장력이 아니라 계면 활성제이다. 따라서 ‘표면 장력이 물 분자 사이의 인력을 방해한다’는 진술은 인과 관계를 뒤집은 것이다.
02 작은 폐포의 허탈 가능성과 실제 안정성
첫째, 왜 작은 폐포가 더 쉽게 허탈될 것이라고 추측하는가? 라플라스 법칙에서 필요한 내부 공기압은 반지름에 반비례하므로, 표면 장력이 같다면 반지름이 작은 폐포가 안정된 부피를 유지하려면 더 높은 공기압이 필요하기 때문이다.
둘째, 그런데 왜 실제로 작은 폐포가 쉽게 허탈되지 않는가? 폐포가 작아질수록 Ⅱ형 폐포 세포가 분비한 계면 활성제의 농도가 높아져 표면 장력이 더 많이 감소하고, 폐포가 오그라들려는 힘이 약해지기 때문이다.
03 미숙아 호흡 곤란과 인공 계면 활성제 — 정답 ④
Ⅱ형 폐포 세포가 충분히 발달하지 않은 미숙아는 계면 활성제가 충분히 분비되지 못할 수 있다. 인공 계면 활성제 투여는 폐포 표면 액체층의 표면 장력을 낮추어 허탈을 막는 방향으로 작용한다. 산소·공기를 일정 압력으로 공급하는 인공호흡과 인공 계면 활성제의 기능을 혼동하지 않아야 한다.
수능형 변형문제 10제
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1. 윗글의 내용에 대한 이해로 가장 적절한 것은?
정답 ③
2문단은 표면 장력에 따른 수축 방향의 힘과 내부 공기압이 평형을 이루어 폐포의 안정된 부피가 유지된다고 설명한다.
- ① 신전성이 클수록 필요한 에너지는 줄어든다.
- ② 표면 장력은 물 분자 간 인력 때문에 생기며, 계면 활성제는 그 인력을 방해한다.
- ③ 글의 설명과 일치한다.
- ④ 폐포가 작아질수록 계면 활성제 농도가 높아진다.
- ⑤ 계면 활성제를 분비하는 것은 Ⅱ형 폐포 세포이다.
2. 라플라스 법칙 P=2T/r에 대한 설명으로 적절하지 않은 것은?
정답 ⑤
T와 r이 같은 비율로 감소하면 T/r의 비율은 변하지 않으므로 P도 변하지 않는다.
- ① 정비례 관계이다.
- ② 반비례 관계이다.
- ③ 라플라스 법칙의 직접적인 귀결이다.
- ④ 계면 활성제가 작은 폐포의 표면 장력을 낮추는 이유와 연결된다.
- ⑤ ‘반드시 감소’가 잘못되었다.
3. <보기>의 상황을 윗글에 따라 이해한 것으로 가장 적절한 것은?
정답 ②
P=2T/r에서 T가 같고 r이 절반이면 P는 두 배가 된다.
- ① 반대이다.
- ② 수식 관계에 맞는다.
- ③ 반지름이 다르므로 같지 않다.
- ④ 보기에서는 표면 장력이 같다고 전제했다.
- ⑤ P는 r에 반비례한다.
4. 계면 활성제의 작용을 가장 정확하게 나타낸 것은?
정답 ④
Ⅱ형 폐포 세포가 분비한 계면 활성제가 물 분자 사이의 인력을 방해하고, 그 결과 표면 장력이 낮아진다.
- ① 글의 인과 관계와 다르다.
- ② 계면 활성제는 인력을 강화하지 않는다.
- ③ 폐포가 작아질수록 농도가 높아진다.
- ④ 정확한 인과 관계이다.
- ⑤ 표면 장력 감소는 허탈을 억제하는 방향이다.
5. 다음 중 ‘신전성’에 대한 이해로 가장 적절한 것은?
정답 ①
신전성이 클수록 일정량의 공기를 들이마시는 데 사용하는 에너지가 줄고 적은 힘으로 원활하게 숨을 쉴 수 있다.
- ① 지문 정의와 부합한다.
- ② 그런 필연 관계는 제시되지 않았다.
- ③ ‘늘어나는 정도’이다.
- ④ 표면 장력은 신전성을 줄이는 방향이다.
- ⑤ 서로 다른 개념이다.
6. <보기>의 미숙아에게 인공 계면 활성제를 투여하는 목적을 추론한 것으로 가장 적절한 것은?
정답 ⑤
인공 계면 활성제는 자연적으로 부족한 계면 활성제의 작용을 보완해 표면 장력을 감소시키는 역할을 한다.
- ① 인력을 방해한다.
- ② 수축 경향을 약화한다.
- ③ 표면 장력을 감소시키는 것이 목적이다.
- ④ 분비를 막는 것이 아니다.
- ⑤ 글과 보기의 관계를 정확히 적용했다.
7. 폐포의 크기가 작아질 때 나타나는 변화의 연쇄로 가장 적절한 것은?
정답 ③
작은 폐포일수록 계면 활성제 농도가 높아지고, 그 결과 표면 장력이 더 많이 줄어들어 수축 힘이 약해진다.
- ① 농도의 방향과 허탈 결과가 반대이다.
- ② 라플라스 법칙상 필요한 P는 증가한다.
- ③ 지문의 핵심 보정 기제이다.
- ④ 글에 없는 인과 관계이다.
- ⑤ 표면 장력은 신전성을 낮추는 방향이다.
8. 윗글의 전개 방식에 대한 설명으로 가장 적절한 것은?
정답 ②
표면 장력과 라플라스 법칙으로 작은 폐포의 불리함을 설명하고, 이어 계면 활성제가 그 불리함을 완화하는 원리를 제시한다.
- ① 역사적 서술이 아니다.
- ② 글의 구조를 정확히 요약한다.
- ③ 학자 비교 글이 아니다.
- ④ 실험 오류 비판이 없다.
- ⑤ 질환 분류가 중심이 아니다.
9. 다음 중 지문의 인과 관계를 잘못 연결한 것은?
정답 ④
표면 장력은 폐포를 오그라들게 하므로 폐의 신전성을 감소시키는 방향으로 작용한다.
- ① 맞다.
- ② 맞다.
- ③ 맞다.
- ④ 방향이 반대이다.
- ⑤ 맞다.
10. 윗글의 중심 내용을 가장 적절하게 요약한 것은?
정답 ①
라플라스 법칙과 계면 활성제의 기능을 함께 포함해 글 전체의 핵심을 가장 정확하게 포괄한다.
- ① 전체 논지를 정확히 포괄한다.
- ② 작은 반지름은 필요한 P를 증가시킨다.
- ③ 표면 장력과 계면 활성제의 기능을 반대로 설명했다.
- ④ T와 r 모두 중요하다.
- ⑤ 지문은 Ⅱ형 폐포 세포의 계면 활성제 분비를 명시한다.