C.4.2 · 에너지와 물질의 이동

이 핸드아웃은 2025년 최초 평가 과정에서 다뤄지는 HL 과목 중 선별된 주제들을 포함하며, 전체 커리큘럼은 아닙니다.

선행 학습: 명시된 양과 단위를 읽고, 산술 및 아래 모델 조건을 사용하십시오.

예제들은 원작이며 가상의 것입니다: 실제 측정값이나 실제 학생 조사 결과가 아닙니다.

이 관측을 설명할 수 있는 것은 무엇인가?

• Energy available as new biomass usually decreases along a food chain. Energy is conserved overall, but some transferred energy leaves the next-level production pathway.

모델을 구축하시오

• 생산자는 에너지 입력을 유기 물질 내의 화학 에너지로 전환합니다.
• 소비자는 섭취를 통해 물질을 얻습니다.
• 영양 단계 전이 효율은 동일한 면적과 시간 동안 한 영양 단계에서의 생산량을 직전 단계의 생산량과 비교합니다.
• 에너지는 조약물 경로에 진입하거나, 섭취되지 않은 물질에 남거나, 배설물로서 방출되거나, 호흡을 통해 열로 전달될 수 있습니다.
• 영양 단계 전이 효율: 동일한 기간 동안 특정 영양 단계의 생산량을 직전 단계의 생산량으로 나눈 값입니다.
• 동화: 소화된 물질이 생물의 사용 가능한 내부 저장고로 흡수되는 과정입니다.

이를 검증할 수 있는 증거를 선택하시오

• 분자와 분모에는 동일한 에너지 단위와 기간을 사용하십시오.
• 섭취(ingestion), 동화(assimilation), 생산(production)을 구분하라: 섭취된 에너지가 모두 동화되는 것은 아니며, 동화된 에너지가 모두 새로운 생물량으로 저장되는 것도 아니다.
• 에너지 피라미드는 면적과 시간당 흐름을 기록하며, 정재 생물량은 다른 개념입니다.

실험실 작업: 지정된 또는 가상의 생태계 예산 데이터를 분석하십시오. 섭식, 조약물 및 열 전달을 위한 경계선과 화살표를 그으십시오. 어떤 값이 측정된 것이고 어떤 것이 추론된 것인지 확인하고 예산에 분해자가 포함되었는지 검토하십시오. 고정된 10% 규칙을 모든 생태계에 적용할 수 있는 보편적인 측정값으로 간주하지 마십시오.

알려진 양으로부터 시작하시오

• Known: producer production is 10,000 kJ/m²/year and primary-consumer production is 1,200 kJ/m²/year.
• 전이 효율은 1,200/10,000×100=12%입니다.
• Secondary-consumer production of 180 kJ/m²/year gives 180/1,200×100=15% for that step.
• 이러한 서로 다른 값들은 보편적 10% 가정 이 이 데이터셋을 왜곡하게 되는 이유를 보여줍니다.

Your turn: Producer production is 8,000 and primary-consumer production is 800 kJ/m²/year. Calculate transfer efficiency.

결론과 그 한계를 확인하시오

• 호흡이 에너지를 열로 전달할 때 에너지는 소멸되지 않습니다.
• 물질은 생태계 내에서 순환할 수 있지만, 사용 가능한 에너지 흐름은 지속적인 입력에 의존합니다.
• 개체수 피라미드나 생물량 스냅샷을 자동으로 에너지 효율 계산에 대입할 수는 없습니다.

옳지 않음: 호흡은 에너지를 소멸시키거나 다른 형태로 전환하는 것이 아니라, 에너지를 열로 주변 환경으로 전달합니다. 에너지는 여전히 존재합니다. 영양단계 간 "손실"이란 에너지가 식품 사슬의 사용 가능한 흐름에서 빠져나감을 의미하며, 보존 법칙은 절대 위반되지 않습니다.

핵심:

• 생산자는 에너지 입력을 유기 물질 내의 화학 에너지로 전환합니다.
• 분자와 분모에는 동일한 에너지 단위와 기간을 사용하십시오.
• 주의: 호흡이 에너지를 열로 전달할 때 에너지는 소멸되지 않습니다.

전달 효율 30퍼센트에서 시작

• Producer production is 8000 kJ per square metre per year. Primary-consumer production is 2400 in the same units.
• 전이 효율을 구하십시오. 섭취량은 생산량과 다릅니다.