차가운 물보다 뜨거운 물이 더 빨리 어는 이유

2016년 5월 23일

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사진 출처: unbelievablefacts


해외 미디어사이트 언빌리버블팩츠는 상식과는 달리 왜 뜨거운 물이 더 빨리 얼게 되는지를 설명하는 글을 게재했다.

 

믿지 못하는 사람도 있겠지만, 적합한 환경만 설정한다면 이 현상은 당신의 냉장고를 통해서도 확인할 수 있다. 같은 양의 뜨거운 물과 차가운 물이 각각 든 통을 추운 겨울날 실외에 둔다면 어떤 일이 일어날까?

 

일어나야 할 일

이성적인 사람이라면 뜨거운 쪽이 어는 데 더 오래 걸린다고 생각할 것이다. 뜨거운 물이 낮춰야 할 온도의 절대량이 더 많기 때문이다. 뜨거운 물이 든 통이 차가운 물의 처음 온도가 될 때면 차가운 물이 든 통은 이미 얼어 있을 것이다.

 

실제 일어나는 일

다음의 것들은 뜨거운 물이 더 빨리 얼게 되는 이유다.

찬 물의 표면에는 얼음층이 생긴다. 뜨거운 물은 과냉각 될 가능성이 더 높다. 이는 뜨거운물의 온도가 영하로 내려 갈 것을 의미한다.  과냉각 되지 않은 물에 얼음 결정이 생겨나 얇은 얼음 조각으로 물 표면에 올라오면, 찬 공기와 물 사이를 막는 층이 된다. 얼음 마개는 증발 또한 막는다. 과냉각 된 뜨거운 물은 완전히 얼음이 되기 전에 슬러시 처럼 된다. 왜 뜨거운 물이 과냉각 될까? 이는 뜨거운 물에 기포가 더 많기 때문이다. 기포는 물이 차가워 질 때 융해된 기체다. 물에 열이 가해지면 이 기체는 날아간다. 차가운 물은 작은 공기 방울들을 핵생성을 위해 사용한다. 하지만 뜨거운 물에는 공기 방울이 없기 때문에, 얼음 결정이 생길 핵생성 지점이 적은 것이다. 융해된 기체는 또한 어는점을 낮춘다. 가열된 액체에는 융해된 기체가 없기 때문에, 더 빨리 얼 가능성이 높다.

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사진 출처: eec247


뜨거운 물통의 물은 차가운 물보다 빨리 증발한다. 이는 두 가지 효과를 유발한다. 첫째로, 증발은 무언가에서 에너지를 가져와야 하는 흡열성 과정이다. 물 분자는 증발할 때 물 표면에서 대기 중으로 이동한다. 따라서 간단히 말해 물 분자는 열 에너지를 운동 에너지로 전환한 것이다. 뜨거운 물이 차가운 물보다 빨리 증발하기 때문에, 냉에너지보다 열에너지를 빠르게 잃게 된다. 둘째로, 뜨거운 물이 증발하기 때문에, 얼게 되는 물의 양이 더 적게 된다. 뜨거운 물이 든 통은 주변의 눈을 녹이게 된다. 이후, 통의 물이 얼 때, 주변의 눈은 다시 얼게 되며 통에 더 가까이 닿게 된다. 차가운 물통은 푹신한 눈으로 둘러싸여 있는 동안 뜨거운 물통은 단단한 얼음 결정에 둘러싸여 있는다. 얼음은 당연히 눈보다 추위를 많이 전달하게 된다.

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