왜 물을 냉동실에 넣어두면 표면부터 어나요?

Question

안녕하세요

요즘 날씨가 더워 물을 얼려서 외출할때 가지고 다니는데요

페트병에 물을 담아 냉동실에 넣어두니, 얼때 보면 표면부터?얼더라구요

왜 물을 냉동실에 넣어두면 표면부터 어나요?

Answer 1

안녕하세요. 정철 과학전문가입니다.

물은 비열이 높은 물질입니다.

비열이 높다는 것은 외부 온도에 천천히 반응을 하는 것이지요

직접적으로 냉기를 접하는 외측이 내측보다 상대적으로 빨리 온도가 떨어지게 되고 얼게 되는 것입니다.

Answer 2

안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.

물의 얼음 형성은 열전달 원리에 따라 일어납니다. 냉동실의 내부는 냉기로 가득 차 있으며, 냉기는 물의 열을 흡수하여 냉각합니다. 따라서 물의 표면에서부터 열이 빠르게 빼앗겨 얼음이 형성되는 것입니다.

Answer 3

안녕하세요. 이만우 과학전문가입니다.

겨울철 시냇가나 강물이 어는 현상을 보시면 냇가나 강물의 중심은 채 얼지 않아 천천히 흐르고 있는데

가장자리나 수면 표면부는 이미 얼어 있는 현상을 보셨을겁니다.

물은 온도가 낮아지면서 섭시4까지는 밀도가 커집니다.

하지만, 섭씨4도를 지나 3도 2도 이렇게 내려갈때 이구간은 밀도가 줄어들게 되는 현상이 일어나죠

즉, 물의 온도가 내려가게 되면 4도씨의 물들은 밀도가 커서 아래로 내려가려고 하고 0도씨에 가까운

물들은 밀도가 작아서 물의 표면으로 올라오게 됩니다.

결국, 표면의 물들이 온도가 더 낮다는 것이죠.
따라서, 이러한 원리로 물은 표면부터 얼게 됩니다. 이러한 물의 특성때문에 현재 지구의 수상생물들이

살아갈수 있죠.

만약 물이 바닥부터 얼었다면 바닥에 얼어붙은 물은 여름에도 위의 물층 때문에 에너지가 차단되어

그대로 얼어있기 때문에 나중에는 얼음층이 매우커져 수상생물들이 살 수 없게 되겠죠?^^

Answer 4

안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.

물이 냉동실에 넣어두면 표면부터 어나는 이유는 물의 특성 때문입니다. 물은 0°C에서 얼면 부피가 팽창합니다. 이때, 물의 표면은 가장 빠르게 냉각되기 때문에 가장 먼저 얼게 됩니다. 얼음이 팽창하면서 표면의 물이 밖으로 밀려나게 되고, 그 결과 물이 표면부터 어나게 됩니다.

물의 이 특성은 빙하가 형성되는 원인이기도 합니다. 빙하가 형성되면서 빙하의 표면은 밖으로 밀려나게 되고, 그 결과 빙하의 크기가 점점 커지게 됩니다.

Answer 5

안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 일반적으로 물이 표면부터 어는 이유는 물의 상태에 따른 밀도차이 때문입니다. 물은 특이하게 액체에서 고체가 되면 부피가 증가하는데요. 물이 1로 보면 얼음은 1..1배가 됩니다. 그럼 밀도는 질량/부피 이므로 얼음의 밀도가 물의 밀도보다 작기 떄문에 얼음 즉 물이 얼으면 물위에 뜨게 되는 것입니다. 이런 원리로 물이 얼면 표면부터 어는 것입니다.

Answer 6

안녕하세요. 이준엽 과학전문가입니다.

물을 냉동실에 넣어 두면, 얼어나는 과정에서 일반적으로 표면부터 얼게 됩니다. 이 현상은 열전달과 결정화 현상에 기인합니다.

열전달(Conduction): 냉동실 내부의 공기와 페트병의 물 사이에 열 전달이 일어납니다. 초기에는 페트병의 표면이 주변 공기와 물보다 높은 온도를 유지합니다. 따라서 페트병의 표면부터 열이 냉동실 내부로 전달되어 빠르게 냉각되는데, 이는 얼음 생성에 영향을 줍니다.

결정화 현상 (Nucleation): 얼음은 결정화 현상에 의해 형성됩니다. 물의 온도가 얼음의 녹는점 아래로 내려가면 얼음 결정이 형성될 수 있는 작은 입자가 필요합니다. 이 작은 입자를 냉동시키는 과정을 "핵 형성"이라고 하며, 얼음 결정이 특정 입자에 의해 형성되면 주위에 빙판이 형성되기 시작합니다.

따라서 페트병에 담긴 물이 냉동실에 놓이면, 표면부터 열이 빠르게 전달되고 이어서 표면에서 핵 형성이 시작됩니다. 이 핵이 되는 작은 입자는 페트병 표면에서 형성되며, 이로 인해 얼음이 표면부터 성장하게 됩니다. 이후에는 얼음이 점차 물의 전체적인 부분으로 확장됩니다.

결국, 냉동실 내부에서의 열전달과 핵 형성이 얼음의 표면부터 형성되는 주된 원인입니다. 이러한 원리로 인해 페트병에 담긴 물이 얼때도 표면부터 얼게 되는 것입니다.

Answer 7

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.

물이 냉동실에 넣어두면 표면부터 어나는 이유는 물의 특성 때문입니다. 물이 얼면 부피가 팽창합니다. 팽창하는 물은 냉동실의 찬 공기보다 밀도가 낮기 때문에 표면으로 올라갑니다. 이때 냉동실의 찬 공기가 표면의 물을 계속해서 식히기 때문에 표면부터 얼게 되는 것입니다.

Answer 8

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.

물은 분자구조가 꺾여있어 정전기적 인력을 만들어 낼 수 있고, 이로인해 수소결합이라는 특이적 결합을 할 수 있습니다.

이로인해 고체 상태가되면 얼음의 밀도가 더 낮아지는 특이한 현상이 일어나는데,

밀도가 낮은 얼음이 얼어지고 물의 맨위쪽 표면으로 올라와 표면부터 얼어붙는것처럼 보이게 됩니다.

Answer 9

물을 냉동실에 넣어두면 표면부터 얼어나는 현상은 물의 물리적 특성과 열전달 원리에 기인합니다. 이러한 현상은 얼음이 어떻게 형성되는지와 관련이 있습니다.

물은 얼음과 같이 고체 상태로 변할 때 물자 분자들이 서로 떨어져 밀도가 증가합니다. 따라서 물체의 밀도는 고체인 얼음이 액체인 물보다 높습니다. 이러한 특성 때문에 물이 얼어서 고체가 되면서 부피가 약간 증가합니다.

냉동실 내부에서는 냉장고나 냉동고의 냉각 시스템에 의해 내부 공기의 열이 흡수되고 온도가 낮아지게 됩니다. 물을 냉동실에 놓게 되면, 냉각된 공기가 물의 표면과 접촉하면서 열이 물로 전달됩니다. 이로 인해 물의 표면 부분의 온도가 빠르게 낮아지게 됩니다.

물의 표면부분이 처음에 얼어나는 것은 이 온도 강하로 인한 것입니다. 물의 표면이 냉각되면 주위의 공기와 접촉하여 열을 잃게 되는데, 이 열 손실로 인해 물 분자들이 서로 결합하여 얼음이 형성되기 시작합니다. 이러한 얼음 결정들이 서로 합쳐지면서 얼음이 더 많이 형성되고, 결국 물 전체가 얼어서 고체가 됩니다.

이러한 과정 때문에 물을 냉동실에 넣어두면 표면부터 얼어나게 되며, 점차 얼음이 더 많이 형성되어 전체적으로 얼게 됩니다. 이는 열전달과 물 분자의 밀도 변화 등의 복잡한 물리적 현상에 기인한 결과입니다.