과냉각 현상은 어떤 원리로 작동하나요?

Question

탄산음료를 얼기전까지 보관하다가 추운곳으로 가져가 뚜껑을 따보니 갑자기 액체가 슬러시처럼 변하던데요. 이런 과냉각 현상은 어떤 원리인가요?

Answer 1

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

과냉각 현상은 기압이 내려가며 공기가 단열팽창하고 공기의 온도가 내려감으로써 발생하게 됩니다.

그래서 이 때, 수증기는 물방울로 변하게 되는데 물방울은 어는점 아래에서도 얼지 않고 액체상태를 유지하는 경우가 발생하고 이를 과냉각 물방울이라고 합니다.

그리고 또 다른 원인은 물체의 상태가 변하는 속도보다 냉각속도가 빠를 경우 인데, 물을 급속도로 온도를 낮추다 보면 얼기 전 이미 온도가 어는 점 보다 낮아지는 경우가 있습니다.

하지만, 말씀하신 상황은 과냉각상태라고 하기는 어려운 것으로 보입니다.

탄산음료를 따면 내부의 기압이 내려가는데요, 이 때 과냉각이 발생하면 액체상태를 유지하면서도 어는 점 아래의 온도가 되지만 상태가 이미 슬러시처럼 변했다는 것은 과냉각이라 말하기 어렵습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다. 탄산음료는 과냉각이 잘 되는 물질입니다. 과냉각은 액체가 어는점 이하로 냉각되었지만 고체로 되지 않는 현상을 말합니다. 탄산음료가 과냉각되는 이유는 탄산의 작용 때문입니다. 탄산은 액체의 어는점을 낮추는 작용을 합니다. 따라서 탄산음료를 냉동실에 넣어두면 어는점 이하로 냉각되지만, 탄산의 작용으로 고체로 되지 않습니다.

그러나 탄산음료의 뚜껑을 열면 탄산이 빠져나가고, 어는점이 원래대로 돌아옵니다. 그러면 탄산음료는 갑자기 슬러시처럼 변하게 됩니다.