차가운 물과 뜨거운 물을 동시에 얼리기 시작하면 뜨거운 물이 먼저어는데 어떤 원리때문에 이런현상이 일어나나요?

Question

차가운 물과 뜨거운 물을 동시에 얼리기 시작하면 대부분의 사람들의 예상은 찬물이 더 빨리얼것이라 생각했는데 의외로 뜨거운 물이 더 빨리언다는 정보를 본적이 있습니다.

저도 당연히 찬물이 0도에 더 가까우니 당연히 빨리얼거라 생각했는데 의외더라구요.

어떤 원리로 이런 현상이 나타나는것인지 질문드립니다.

Answer 1

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.차가운 물과 뜨거운 물이 혼합되면, 뜨거운 물이 빠르게 냉각되어 차가운 물과 같은 온도가 됩니다. 이 과정에서 뜨거운 물은 냉각되면서 밀도가 증가하게 되고, 차가운 물은 데워지면서 밀도가 감소합니다. 이로 인해, 밀도가 높은 뜨거운 물은 밀도가 낮은 차가운 물보다 상대적으로 중력에 의해 아래쪽으로 떨어지게 됩니다.

그 결과, 차가운 물과 뜨거운 물은 서로 역류하게 되고, 이 과정에서 선형 운동에 의해 열이 교환되어 뜨거운 물의 온도가 빠르게 낮아지게 됩니다. 따라서 뜨거운 물은 먼저 얼어붙게 됩니다. 이러한 현상은 "물의 역상 현상"이라고도 불리며, 물이 얼어붙는 온도와 관련된 특징적인 성질입니다.

Answer 2

안녕하세요. 이영훈 과학전문가입니다.

Mpemba 효과는 특정 조건에서 뜨거운 물이 찬물보다 더 빨리 어는 현상을 관찰한 것입니다. Mpemba 효과의 정확한 원인은 아직 완전히 이해되지 않았지만 이 현상에 기여할 수 있는 몇 가지 가능한 요인이 있습니다.

한 가지 가능한 설명은 뜨거운 물이 찬물보다 용존 가스가 적다는 것입니다. 용해된 기체, 특히 산소는 물 분자 주위에 절연층을 형성하여 열 전달 속도를 늦출 수 있습니다. 따라서 용존 가스가 적은 뜨거운 물이 용존 가스가 많은 냉수보다 더 빨리 어는 것입니다.

또 다른 이유는 뜨거운 물이 초기 온도가 더 높다는 것입니다. 즉, 더 많은 에너지가 있고 더 빨리 얼기 시작할 수 있다는 의미입니다. 또한 뜨거운 물은 표면에 더 얇은 얼음층을 만들어 더 많은 열을 방출하고 더 빨리 식힐 수 있습니다.

Answer 3

안녕하세요. 이준엽 과학전문가입니다.

이러한 현상은 "마이너스 40도의 역설"이라고도 불리며, 일반적으로는 뜨거운 물이 더 빨리 얼어지는 현상을 설명합니다. 이러한 현상은 물의 물성과 관련이 있습니다. 물은 온도가 낮아질수록 밀도가 증가하는데, 뜨거운 물은 차가운 물보다 밀도가 낮습니다. 이러한 밀도 차이로 인해 뜨거운 물은 차가운 물보다 더 빨리 얼어지는 것입니다.

또한, 뜨거운 물은 냉각되는 과정에서 물의 구조가 변형되는데, 이는 뜨거운 물이 더 빨리 얼어지는 원인 중 하나입니다. 따라서, 뜨거운 물과 차가운 물을 동시에 얼리는 경우, 뜨거운 물이 먼저 얼어서 차가운 물보다 빨리 얼어지는 것입니다.

하지만 이러한 현상은 물의 상태나 온도 등에 따라 달라질 수 있으므로 항상 그렇지는 않을 수도 있습니다.

Answer 4

안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.

뜨거운 물이 차가운 물보다

빨리 어는 이유는 차가운 물보다 상대적으로 긴 분자 간 거리로 인해

뜨거운 물이 방출하는 에너지가 더 많기 때문인데요,

즉, 뜨거운 물은 축적된 에너지양이 많아 냉각 시 더 빠른 속도로

에너지를 방출하게 되는 것이랍니다

Answer 5

안녕하세요. 정성목 과학전문가입니다.

이 현상을 음펨바 효과라고 하는데, 특정 조건에서 뜨거운 물이 찬물보다 더 빨리 어는 현상을 말합니다.

음펨바 효과의 정확한 원인은 아직 완전히 이해되지 않았지만, 몇 가지 요인이 이에 기여할 수 있습니다. 한 가지 가능한 설명은 뜨거운 물이 찬물보다 더 빨리 증발한다는 것입니다. 즉, 물이 얼지 않는다는 의미입니다. 그 결과 남은 물이 더 빨리 냉각되어 온도가 더 빨리 떨어지고 더 빨리 어는 현상이 발생합니다.

또 다른 가능한 설명은 다양한 온도에서 물의 특성과 관련이 있습니다. 고온에서 물 분자는 더 활기차고 더 자유롭게 움직일 수 있습니다. 물이 식으면서 분자가 더 정돈되어 더 차가운 물보다 더 빨리 얼음 결정을 형성할 수 있습니다.

음펨바 효과가 항상 발생하는 것은 아니며 조건이 물을 담는 데 사용되는 용기, 물의 시작 온도, 어는 시간을 측정하는 데 사용되는 방법 등 다양한 요인에 따라 달라질 수 있습니다.

Answer 6

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

차가운 물과 뜨거운 물이 섞여 얼리는 현상은 섭씨 0도 근처에서 일어납니다. 이러한 현상을 얼림 경화라고 합니다.

이런 현상이 일어나는 이유는 물의 밀도 변화 때문입니다. 물의 밀도는 온도에 따라 변하기 때문에, 물이 일정한 온도에서 섞이면, 더 차가운 물은 상대적으로 밀도가 높아지고, 더 뜨거운 물은 상대적으로 밀도가 낮아집니다.

따라서, 차가운 물과 뜨거운 물이 섞이면, 처음에는 뜨거운 물이 위쪽으로 올라가고, 차가운 물은 아래쪽으로 내려갑니다. 그러나 물이 계속해서 얼어가면서, 얼음 결정이 물의 상태를 바꾸어 버리게 되면, 이후에는 더 차가운 물이 상대적으로 더 가볍게 되어서 위쪽으로 올라가게 됩니다.

결국, 뜨거운 물이 처음에는 더 위쪽으로 올라가지만, 차가운 물이 얼음 결정을 만들면서 밀도가 더 낮아지고, 위쪽으로 올라가게 됩니다. 이 과정에서 뜨거운 물과 차가운 물이 서로 섞이면서 결국에는 전체적으로 얼어붙게 됩니다

Answer 7

안녕하세요. 김경욱 과학전문가입니다.

차가운 물과 뜨거운 물이 서로 접촉할 때, 열이 전달되면서 물 온도가 균일해지는데, 이 과정에서 열전달에 의해 얼어붙는 지점이 형성됩니다. 이 지점은 차가운 물과 뜨거운 물에서 동시에 생성되지만, 뜨거운 물의 경우 열 전달이 빨라서 초기에 생성된 얼음층이 즉시 녹아 내려가게 됩니다. 따라서, 뜨거운 물에서 생성된 얼음층은 차가운 물에서 생성된 얼음층보다 작고 얇아져서, 더 빨리 녹아내리며 뜨거운 물쪽에서 녹는 얼음층이 더 많아져서 뜨거운 물쪽이 먼저 얼어붙는 것처럼 보이게 됩니다. 이러한 원리를 '메르셴의 역설(Merzhan's paradox)'이라고 부릅니다.

Answer 8

안녕하세요. 김태경 과학전문가입니다.

이 현상은 대류로 설명이 가능한데요

뜨거운 물의 경우 외부에 접한 위쪽 물이 식으면서 안쪽의 물과 온도차가 커집니다. 때문에 뜨거운 물은 차가운 물보다 대류현상이 더 활발하게 일어나 바깥으로 열을 더 빨리 빼앗겨서 빨리 어는 것입니다

Answer 9

안녕하세요. 선요섭 과학전문가입니다.

특정 조건에서 뜨거운 물이 찬물보다 더 빨리 어는 현상을 음펨바 효과라고 합니다. 아직 완전히 이해되지는 않았지만 이 효과를 설명하려는 몇 가지 이론이 있습니다.

한 가지 가능한 설명은 뜨거운 물이 찬물보다 용해된 가스가 적기 때문에 더 빨리 냉각되고 더 빨리 얼립니다. 또 다른 이론은 뜨거운 물이 더 빨리 증발할 수 있으므로 물이 얼지 않아 어는 시간이 더 빨라진다는 것입니다. 또한, 뜨거운 물의 대류는 열을 보다 고르게 분배하는 데 도움이 될 수 있으며, 이는 더 빠른 동결에 기여할 수 있습니다.