얼음이 바람 앞에서 빨리 녹는 이유?
요즘같이 더운날에는 얼음을 많이 찾는데요.
아이스크림이나 얼음이 햇볕이 쨍쨍한 아래 보다
선풍기 바람 앞에서 더 빨리 녹는 이유가 있나요?
더 시원할거 같은데 더 빨리 녹아요~ ㅜㅜ
어떤 이유로 그런지 궁금합니다.
고체가 열을 받으면 액체가되고 액체가 열을 받으면 기체가 됩니다.
뜨거운 물건과 차가운 물건이 붙어 있으면 열이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하면서 두 물건의 온도가 같아지게 됩니다.
주변공기의 온도가 30도이고 얼음이 -10도이고 사람의 체온이 37도라고 가정하겠습니다.
1. 선풍기를 틀면 시원한 이유
주변공기보다 체온이 높기 때문에 몸의 열이 공기로 이동합니다. 열이 이동하여 몸에 다은 공기가 33도가 되었다고 가정하면 몸과 공기의 온도차가 4도가 되기 때문에 열의 이동이 느려집니다. 그러나 선풍기를 켜면 몸에 다은 공기가 이동하고 새로운 공기가 몸에 다아 온도차가 7도가 되기 때문에 열의 이동이 빨라져 시원하게 느낄수 있습니다.
2. 선풍기를 틀면 얼음이 빨리 녹는 이유
주변공기가 얼음의 온도보다 높기 때문에 열이 얼음으로 이동하여 녹게 됩니다. 주변공기가 멈춰있다면 얼음에 다은 공기가 점점 낮아져서 얼음과 공기와의 온도차가 적어지며 그에 따라 얼음으로 이동되는 열의 속도가 점차 느려집니다. 그러나 선풍기를 켜면 얼음주변의 온도가 낮아진 공기가 이동하고 온도가 높은 새로운 공기가 다가옴으로 인해 얼음으로 열이 빨리 이동되고 그래서 빨리 녹게 됩니다.
일반적인 생각에 선풍기 바람 앞에 얼음이나 아이스크림을 두면 선풍기 바람없는 곳보다 덜 녹는다고 생각 하기 쉽다 그러나 실제로는 선풍기 바람이나 에어컨 바람 앞에 얼음이나 아이스크림 이 더 빨리 녹아내린다 그이유는 우리가 몸에 땀이 났을때 선풍기 바람을 쐐면 시원하다고 느끼는데 이것과 동일한 이유이다 즉 수분이나 땀을 더 빨리 증발시키면서 열을 빼앗아 가기 때문입니다 실제로는 선풍기 바람이 실제 주위 온도보다 차가운 바람이 나오는 것이 아닙니다
아이스크림 주변의 공기는 아이스크림의 낮은 온도에 의해 차가워지게 되는데 선풍기를 틀면 아이스크림 주변의 차가운 공기가 날아가고 더운 공기가 채워지게 돼요. 결국 더운 공기가 가진 열이 아이스크림 쪽으로 이동하여 아이스크림이 더 빨리 녹게 되는 것입니다.
바람이 불면 열교환 중 대류가 활발해지기 때문입니다.
바람이 불면 얼음 주변에 차가워진 공기를 더운 공기로 빨리빨리 바꿔주기 때문에 주변의 더운 공기의 열이 얼음으로 빠르게 전달되면서 얼음이 더 빨리 녹게 됩니다.
더 정확하게 설명하려면 화학반응의 반응속도상수라는 개념이 필요합니다. 얼음이 물로 변하는 용해라는 화학반응의 반응속도상수가 뜨거운 햇빛아래에서 높은지, 상온의 바람부는 환경에서 더 높은지 측정해보면 후자에서 더 높게 될 것입니다. 왜냐면 그때 얼음이 더 빨리 녹기 때문이죠. 반응속도상수가 높을 수록 화학반응의 속도가 빠릅니다. 더 정확히 계산하려먼 반응속도상수를 이용하여 반응속도식을 계산하면 됩니다! 이 값은 실험을 통해 측정해서 구할 수 있으므로 눈으로 대충 봐서 알기는 어렵습니다.
선풍기를 틀면 얼음 주변을 지나는 단위시간당 공기의 유량이 증가하게 됩니다. 대기 온도를 25°C라고 가정합시다. 그러면 대기와 얼음 사이에는 열전달이 생기게 되어 얼음을 녹이면서 얼음 주변의 온도도 25°C 밑으로 떨어지게 됩니다. 하지만 선풍기로 인해 공기의 유량이 증가했기 때문에 온도가 25°C 밑으로 떨어졌던 공기가 얼음 주위로부터 금방 멀어지게 됩니다. 계속 이런식으로 생각하면 얼음은 계속 일정한 온도 25°C와 열교환을 한다고 생각할 수 있습니다.
하지만 햇빛이 쨍쨍한 곳이지만 바람이 불지 않는다면 얼음과 열전달을 일으켜서 온도가 식을 공기가 얼음 주위에 비교적 오래 머무르게 됩니다. 이 경우는 얼음으로 인해 냉각된 공기를 태양에너지가 다시 가열하는 시간이 걸리기 때문에 상대적으로 늦게 녹게 됩니다.
즉, 선풍기를 틀고 있는 경우 얼음은 계속 일정한 온도와 열교환을 해서 더 빨리 녹게 되고, 햇빛만 존재하고 바람은 안 부는 경우는 전자보다는 낮은 온도와 열교환을 하게 되어 비교적 늦게 녹게 됩니다.
