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▶ 보 온 병 |
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보온병에 든 차가운 또는 음료는 오랜 시간 동안 차갑게 또는 따듯하게 있습니다. 보온이란 온도가 변하지 않도록 한다는 뜻입니다. 온도가 변하지 않으려면 열이 들어오거나 나가지 않아야 합니다. 보온병은 어떻게 열이 들어오거나 나가는 것을 막을 수 있을까요? 열은 전도, 대류, 복사의 3가지 방식으로 이동합니다. 예를 들어, 따끈따끈한 고구마를 탁자 위에 놓아두면 시간이 지나면서 온도가 낮아집니다. 고구마보다 온도가 낮은 주위로 열이 빠져나가기 때문입니다. 전도에 의해 바닥으로, 복사에 의해 모든 방향으로, 대류에 의해 공기로 열이 빠져나갑니다.
따라서 따듯한 것을 따듯하게, 찬 것을 차게 유지하려면 전도, 대류, 복사에 의한 열의 이동을 최대한 막아야 합니다. 먼저, 전도에 의한 열의 이동을 막는 방법을 생각해봅시다. 전도에 의한 열의 이동을 막으려면, 이 방식으로 열을 전달하는 속도가 아주 느린 것을 사용하여 물체를 보호하면 됩니다. 같은 온도의 따듯한 물을 유리병에 담아두었을 때와 스티로폼 그릇에 담아두었을 때의 온도 변화를 봉주는 아래 동영상을 먼저 관찰하세요.
병에 넣은 물의 온도가 조금 낮아지는 동안 스티로폼 그릇에 넣은 물의 온도는 거의 변화가 없습니다.
얼음은 주위로부터 열을 얻어 녹습니다. 만약 이 얼음을 솜으로 싸놓으면, 녹는 속도가 어떻게 변할까요?
솜으로 싸둔 얼음이 덜 녹았습니다.
위의 두 실험 결과로부터, 스티로폼이나 솜은 열의 이동을 막는다는 것을 알 수 있습니다. 그 이유는 무엇일까요? 그것은 공기 덩어리 때문입니다. 공기는 대류에 의해 위로 열을 이동시키기는 하지만, 전도에 의해서는 열을 아주 천천히 이동시킵니다.
스티로폼이나 솜에는 구멍이 많고, 그곳은 공기로 채워져 있습니다. 작은 공기 덩어리들이 많은 것입니다. 이 공기 덩어리들이 외부로, 또는 외부로부터 물체로 전도에 의해 열이 이동하는 것을 막아줍니다.
보온병은 전도, 대류, 복사에 의한 열의 이동을 최대한 막기 위한 구조로 되어 있습니다. 가장 먼저, 뚜껑은 열이 대류에 의해 공기 중으로 빠져나가는 것을 막아줍니다. 두번째로 음료나 음식물을 담을 그릇을 이중 유리로 만들고, 그 사이를 진공으로 만듭니다. 진공은 아무 것도 없는 것으로, 물질에 의해 일어나는 전도에 의한 열의 이동을 막아줍니다.
마지막으로, 보온병은 복사에 의한 열의 전달도 막을 수 있도록 고안되어 있습니다. 음료나 음식물을 담는 그릇의 안쪽과 바깥쪽에 은도금을 하여 거울처럼 만듭니다. 복사는 전자기파의 형태로 이동하며, 거울면에서 빛이 반사하는 것처럼 반사됩니다. 따라서 복사에 의해 열이 빠져나가거나, 들어오는 것을 막을 수 있습니다.
정리하면, 보온병은 뚜껑과 진공, 거리고 거울면으로 열의 이동을 막아, 안의 내용물의 온도가 변하지 않도록 합니다.
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