휴대용 핫팩 원리가 어떻게 되나요?
날씨가 많이 추울땐 손에 하나씩 핫팩을 들고 주머니에 넣으면 따뜻한데요..핫팩은 어떤원리로 따뜻 해지는건가요? 핫팩 안에 내용물이 어떤것이지도 궁금합니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.
흔드는 핫팩은 철가루로 제작을 합니다. 철가루는 산소와 반응을 잘하며 철가루가 산소와 반응하는 산화반응이 일어날 때 열이 발생하죠. 철의 산화반응을 이용해 핫팩을 따뜻하게 만들 수 있습니다.
똑딱하는 액상 핫팩에는 아세트산나트륨 과포화 용액이 들어있습니다. 이 액체형 핫팩에는 아세트산나트륨이 너무 많이 녹아 있어 불안정한 상태이고 작은 충격에도 쉽게 과포화 상태가 깨지게 됩니다. 그래서 똑딱 해주게 되면 과포화 상태가 깨져 이 용액에 굳어지며 고체가 됩니다. 대부분의 물질은 액체 상태에서 고체 상태가 될 때 열을 방출합니다. 그래서 액상 핫팩은 고체가 되며 열을 내뿜어 따뜻하게 되는것이죠.
안녕하세요. 심헌용 과학전문가입니다.
핫팩의 발열 원리는 핫팩 내부의 미세한 철가루들이 산소와 만나 산화철이 되면서 발생하는 열을 이용하는 원리입니다. 핫팩의 주성분은 철가루, 활성탄, 소금, 수분 등으로 구성되어 있습니다. 핫팩의 겉 포장지를 뜯어 주무르거나 흔들면서 안에 있는 철가루와 산소의 접촉 유도하여 빠른 산화반응을 일으켜 핫팩은 30~60도의 온도를 가지게 되는 것이죠.
우리 주변에 있는 못 등의 철 제품이 녹이 스는 것도 모두 산화반응입니다. 이들도 열이 발생하지만 그 과정이 오래 기간에 걸쳐 일어나기 때문에 일상 생활에서 산화반응에 의한 발열반응을 알아차리기 쉽지 않은 것 뿐입니다.
핫팩에는 미세한 철가루를 사용하는데 이는 산소와 접촉할 표면적을 넓게하여 공기와의 접촉을 쉽게, 더 많이 하도록 유도하기 위함입니다. 같이 포함되어 있는 활성탄과 소금의 역할 역시 산화반응을 빠르게 유도하기 위함입니다.
안녕하세요. 이중건 과학전문가입니다.
일회용 핫팩은 부직포 주머니에 가루가 들어 있는 형태가 일반적이다. 핫팩은 꺼내어 흔들거나 주무르면 열이 발생하기 시작하고, 3~4시간 정도 열이 지속된다. 핫팩은 제품에 따라 40도에서 60도까지 열을 발생시키기 때문에 겨울이 시작되면 핫팩을 미리 챙겨 두는 사람들이 있을 정도로 겨울 필수품으로 자리 잡은 지 오래다. 그렇다면 핫팩은 어떤 원리로 따뜻한 열을 발생시키는 것일까? 답은 바로 핫팩 안에 있는 철가루에 있다.
핫팩 안에 들어 있는 철은 공기와 접촉하면 점차 산화되기 시작하는데, 이 과정에서 1g당 1.69kcal의 열이 발생한다고 한다. 일반적인 철의 산화는 아주 천천히 진행되기 때문에 열이 발생하는 것을 느끼기 어렵지만, 손난로 안에 들어 있는 철은 가루 형태로 조금만 흔들어주어도 빨리 산화되고 그 과정에서 온도가 급격히 높아지게 되는 것이다.
특히 핫팩에 들어 있는 가루들은 아주 곱고 미세한데, 핫팩을 흔들면 주머니 밖 외부 공기와 만나면서 빠른 속도로 철가루가 산화될 수 있기 때문이다. 또한 핫팩에는 탄소가루와 소금, 물 등이 포함되어 있는데, 이러한 물질들은 산화가 빨리 이루어지도록 돕는 촉매 역할을 해 손난로가 더욱 더 빠르게 열을 낼 수 있도록 도와준다고 한다. 이렇게 미세한 철들이 들어간 핫팩은 사용 전에 공기가 잘 투과되지 않도록 포장해서, 제품을 운반하거나 보관할 때 산화 반응이 일어나지 않도록 한다.
안녕하세요. 과학전문가입니다.
부직포 주머니 안에 철가루와 촉매재가 섞여있는데, 공기와 만나면 급속하게 산화되면서 열을 발산하는 원리입니다. 주 성분은 쇳가루이며 촉매제는 소금과 수분, 탄소가루로 이루어져 있습니다.
철과 산소가 만나면 에너지가 낮은 산화철이 되면서 1g 당 1.69Kcal 의 열을 발생시킵니다.
핫팩 안에 들어 있는 철가루로 따뜻해질 수 있습니다.
철은 공기와 접촉하게 되면 산화하기 시작하는데, 이것이 발열 반응입니다.
이때 발생하는 열이 1g당 약 1.7Kcal의 열을 발생시킨다고 합니다.