물이 표면부터 얼기 시작하는 이유가 무엇인가요?
한겨울에 호수나 강을 보면 꽝꽝 얼잖아요.
근데 이게 표면만 얼고 속은 물이 흐릅니다.
궁금한 점이 왜 속은 얼지 않고 표면부터 얼기 시작하는 걸까요?
안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.
물의 특수한 성질로 인해 물은 표면부터 얼게 됩니다.
일반적으로는 대부분의 물질은 온도가 낮아지면 부피가 줄어들게 됩니다.
그리고 밀도는 온도가 낮아질수록 커집니다.
하지만 물은 온도가 4℃가 될 때까지는 다른 물질과 동일하게 온도가 낮아지면서 부피가 작아지면 밀도가 커지지만, 온도가 4℃ 보다 낮아지면 오히려 부피가 증가하여 밀도가 작아지게 됩니다. 신기함
결국 얼어 있는 물은 그냥 물의 온도인 4℃보다 낮기 때문에 밀도가 작아져 물 위로 뜨게 되는 것이지요.
밀도가 높은 물은 무겁기 때문에 아래로 내려가고 얼음은 가벼워져서 위로 올라갑니다.
안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.
물이 얼기 시작할 때는 물 분자들이 서로 결합하여 고체 상태인 얼음이 형성됩니다. 이 과정은 물 분자들이 서로 인력을 느끼고 결합하는 수소결합이라는 현상에 기인합니다. 물 분자는 양성 수소 원자와 음성 산소 원자로 구성되어 있습니다. 이 수소 원자와 산소 원자 사이에는 강한 인력이 작용하여 분자들이 서로 결합하게 됩니다.
물이 얼기 시작할 때는 물 분자들이 서로 인력을 느끼고 서로 결합하여 얼음 구조를 형성하게 됩니다. 이때 물 분자들이 서로 가까이 모이면서 분자 운동이 감소하고 결합이 강화되어 얼음이 형성됩니다.
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 물이 얼음이 될 때 분자 배열이 달라지기 때문입니다. 물이 액체 상태일 때는 물 분자가 불규칙적으로 존재하는데, 물이 고체 상태인 얼음이 되면, 물 분자들이 규칙적으로 배열됩니다. 이때 규칙적으로 배열된 물 분자들 사이의 공간이 불규칙하게 존재할 때보다 더 넓어지면서 액체상태일 때보다 부피가 늘어나게 되는 것입니다. 물은 고체가 되면서 액체일 때보다 부피가 약 10%정도 커진다고 합니다. 물을 냉각시킬 때 4℃ 이하부터는 물이 어는 온도인 0℃에 가까워지면서 물 분자들이 점점 규칙적으로 배열되기 때문에 물의 부피가 증가하는 것입니다. 일정한 부피에 대한 질량을 밀도라고 합니다. 여기서 부피가 증가한다는 것은 밀도가 감소한다는 의미가 됩니다.
물이 얼기 전에 부피가 늘어나는 이러한 성질은 자연의 생태계를 지켜 주는 중요한 역할을 합니다. 강, 연못, 호수의 물은 차가운 공기와 닿아 있는 표면부터 온도가 내려갑니다. 만약 다른 물질들처럼 물의 온도가 내려갈 때 부피가 줄어든다면 차가운 물이 아래로 가라앉으면서 물이 아래에서부터 얼기 시작하거나, 언 얼음이 아래로 가라앉을 것입니다. 만약 이렇게 물이 아래에서부터 얼게 된다면 강이나 연못, 호수의 물 전체가 얼어붙게 되어, 물고기가 생존할 수 없었을 것이고, 따라서 생태계 전체가 존재할 수도 없었을 것입니다. 하지만 물은 4℃에서 부피가 가장 작고, 온도가 더 내려가면 부피가 커지기 때문에 강, 연못, 호수의 물이 표면부터 얼게 되어, 그러한 일은 일어나지 않는 것입니다.
출처 : 교육부 공식 블로그 - 여러가지 액체의 열팽창
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.
물이 표면부터 얼기 시작하는 이유는 물의 고유한 특성과 과학적 원리 때문입니다. 여러 가지 이유로 물이 얼기 시작하는 것을 살펴보겠습니다.
1. 물의 밀도 변화: 물은 4℃에서 가장 큰 밀도를 가집니다. 즉, 4℃의 물은 부피 당 무게가 가장 무겁습니다. 이후 온도가 낮아지면 물의 부피가 증가하게 됩니다.
2. 물의 표면과 대기와의 상호작용: 겨울이 되면 차가운 공기가 호수나 강물의 표면에 불어 표면의 온도를 낮춥니다. 물의 표면에서부터 차가운 물이 아래로 가라앉게 되고, 더 차가운 물은 표면으로 올라오게 됩니다.
3. 결과적으로 표면부터 얼기 시작: 물의 표면에서부터 물이 열을 방출하면서 얼기 시작하게 됩니다. 이러한 과정으로 물은 겉부터 얼어붙게 되며, 이 현상은 물의 밀도 변화와 대기와의 상호작용으로 설명됩니다.
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.
겨울철 호수나 강을 보면 표면이 꽁꽁 얼어붙어 있는
모습을 볼 수 있습니다.
신기하게도 표면 아래의 물은 여전히 흐르고 있습니다.
왜 이런 현상이 일어날까요?
물은 4℃에서 가장 밀도가 높아집니다.
온도가 4℃이하로 떨어지면 밀도가 감소하여 부피가 팽창합니다.
이 때문에 찬물은 따뜻한 물보다 위로 떠오르게 됩니다.
호수나 강 표면의 물이 4℃ 이하로 떨어지면 밀도가 감소하
여 위로 떠오르고 찬물은 아래로 가라앉습니다.
표면의 찬물이 계속 얼면서 얼음층을 형성합니다.
얼음은 물보다 가벼워서 물 위에 떠 있습니다.
얼음층은 물 아래의 따뜻한 물을 보호하는 단열 역할을
합니다.
얼음층 아래의 물은 4℃ 이상 유지되어 얼지 않고 계속 흐
를 수 있습니다.
매우 추운 날씨가 오랫동안 지속되면 호수나 강의 물이
완전히 얼 수 있습니다.
이 경우 물고기와 같은 수생 생물은 생존에 어려움을 겪거나 죽
을 수 있습니다.
얼음은 투명하기 때문에 햇빛이 물 아래까지 침투할 수 있습니다.
이는 겨울에도 수생 식물이 광합성을 할 수 있도록 도와줍니다.
겨울철 호수나 강의 표면만 얼고 속은 흐르는 이유는
물의 특성과 얼음 형성 과정 그리고 얼음의
단열 효과 때문입니다.
이는 자연의 놀라운 섭리이며 수생 생태계의 유지에도
중요한 역할을 합니다.
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안녕하세요. 박성학 과학전문가입니다.
물은 0도에 얼음이 된다고 합니다. 물의 밀도는 약 4도일때 가장크게되는데요 얼음 밀도가 4도에 가까운 차가운 물보다 가벼워서 얼음은 위로부터 얼게되는것입니다.
안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.
물은 온도가 4℃까지는 낮아질수록 밀도가 높아져 바닥으로 가라앉지만, 4℃ 이하에서는 밀도가 낮아져 위로 떠오르기 때문에 표면부터 얼게 됩니다
