부탄캔을 사용하면 왜 차가워지는건가요?

Question

고깃집에서 부탄가스를 많이 사용해서 고기를 굽는데, 부탄가스를 다 사용해서 빼면 굉장히 차갑더라구요.

부탄캔을 사용하면 왜 차가워지는건가요?

Answer 1

안녕하세요. 해리포터입니다.

부탄가스가 사용되는 부탄카세트(부탄캔)를 사용하면 차갑게 느껴지는 이유는 가스의 압축 및 확장 원리 때문입니다. 부탄가스는 액체 상태로 보관되며, 부탄카세트에 담겨 있습니다.

1. 가스 압축: 부탄카세트 내부에는 압력이 가해져 부탄가스가 액체로 압축되어 있습니다. 액체 상태의 가스는 일반적으로 상대적으로 높은 압력을 가지고 있습니다.

2. 가스 확장: 부탄카세트를 사용할 때 가스를 뿜어내면, 내부의 액체 부탄가스가 가스로 확장되면서 기체로 변합니다. 이때 가스 분자들이 확장 과정에서 에너지를 흡수하고 주변 환경의 열을 빼앗아가므로 주위가 냉각되고 차갑게 느껴집니다.

이 과정은 열역학적인 원리를 따라서 일어나며, 가스 확장 시 열을 흡수하는 현상을 "에너지 흡수"라고 합니다. 따라서 부탄가스를 사용하는 부탄카세트는 가스를 뿜어내면서 주변 환경의 열을 흡수하므로 냉각 효과를 가져옵니다. 이것이 왜 부탄가스를 사용한 기기나 가스 버너가 차가워지는 원리입니다.

Answer 2

안녕하세요. 운좋은고릴라2입니다.

부탄캔을 흔들어보면 액체 같은 것이 흔들리는 듯한 느낌이 납니다. 사실 부탄캔 속 부탄가스는 제조사에 따라 상온에서 2~4기압으로 가압해서 액화된 상태로 존재합니다. 이러한 기압 차이 덕분에 불이 붙더라도 안으로 불이 들어갈 수 없습니다.

이때 버너의 밸브를 돌려주면 부탄캔 노즐 부분의 압력이 낮아지면서 액화 부탄가스가 기체가 되어 나오고, 주변의 열에너지를 흡수합니다. 또 고압의 환경에서 저압의 환경으로 나오면서 단열 팽창하여 열에너지가 운동에너지로 변하므로 노즐 부분(내부쪽으로)이 급격히 차가워지고, 열전도율이 좋은 부탄캔이 차가워지는 겁니다.