물이 바깥부터 어는 원리는 무엇인가요?

Question

물을 얼음틀에 붓고 얼려보면 바깥부터 살얼음이 생기기 시작하고 안쪽은 어는데 더 오래 걸리더라구요.

또 반대로 얼음이 녹을 때는 중앙이 아닌 바깥쪽부터 녹기 시작하는데 각각 그렇게 되는 원리가 무엇인지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요.

물의 위쪽부터 얼기 시작합니다.

호수나 강이 얼면 표면부터 얼어있죠.

물은 4°C에서 밀도가 가장 높습니다.

그 말은 가장 아래에 4°C의 물이 있고 온도가 더 떨어진 물은 위로 상승합니다.

물이 얼기시작하는 0°C에서 밀도가 가장 작기 때문에 0°C의 물은 표면까지 올라갑니다.

그래서 표면부터 얼기 시작합니다.

Answer 2

안녕하세요. 과학전문가입니다.

표면이 가장 온도가 낮고 그 아래로는 대류가 생깁니다. 이에 따라 온도가 달라지게 되면 얼음이 되는 온도가 되는 위치부터 얼게 됩니다.

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Answer 3

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.

물의 고체상태인 얼음은 물보다 가벼워 위쪽으로 떠오릅니다.

떠오른 얼음들이 열을 빼앗기고 얼음들이 아래 물층의 열을 빼앗으며 얼음이 점점두꺼워집니다.

따라서 바깥쪽먼저 얼게됩니다.

감사합니다.

Answer 4

안녕하세요. 최영규 과학전문가입니다.

물이 얼 때 바깥쪽부터 어는 이유는 열교환이 가장 잘 일어나는 곳이 최 외곽부분이기도 해서입니다. 차갑게 냉각된 쇠를 물속에 넣으면 쇠와 접촉한 안쪽부터 얼게 됩니다. 반대로 녹을때도 열교환이 가장 잘 일어나는 외곽부부터 녹게 되는 것이구요

Answer 5

안녕하세요. 서정원 과학전문가입니다.

물이 밖에서 부터 언다기 보다는 윗쪽부터 언다고 보시면되는데 그이유는 얼음의 밀도가 물보다 작기때문에 얼음이 되면 물위로 뜨게 되는것이죠~

그것으로 인해 표면부터 얼게 되는것입니다!!

Answer 6

안녕하세요. 김경욱 과학전문가입니다.

물이 표면부터 어는 현상은 물 분자의 구조와 관련이 있습니다. 물 분자는 편향된 분자 구조를 가지고 있으며, 분자 안의 산소 원자는 음전자에 의해 강하게 끌어당겨져 있습니다. 이로 인해 분자 간의 수소 원자와 산소 원자 간의 결합이 일정한 간격으로 형성되는데, 이를 수소결합이라고 합니다.

물 온도가 떨어지면 물 분자가 서로 더 가까워져 수소결합이 강해지면서 분자의 움직임이 느려지게 됩니다. 이 과정에서 물 분자는 격자 구조를 형성하면서 서로 가까워지게 되는데, 이 격자 구조는 물 분자가 얼어서 고체가 되는 것과 같은 원리입니다.

그런데 물은 다른 물질과 달리 얼기 전에 먼저 얇은 얼음 막을 형성합니다. 이는 물 분자들이 수소결합 때문에 격자 구조를 형성하는 동안에도 물 분자 간의 상호작용이 계속되며, 이로 인해 격자 구조가 조금씩 늘어나면서 얇은 얼음 막이 형성되는 것입니다. 이 얼음 막은 물의 표면이 되는데, 이러한 이유로 물이 표면부터 얼어나게 됩니다.

Answer 7

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

물이 냉각될 수 있는 곳은 공기와 접한 물의 표면입니다. 바깥 공기가 영하권으로 내려가면, 공기와 접한 물의 표면은 4도씨 이하로 내려갈 수 있고, 4도씨 이하로 온도가 내려간 물은 오히려 밀도가 감소, 더이상 침강하지 않아 물의 표면만 계속 온도가 내려가다가 결국에는 표면만 얼게 됩니다

Answer 8

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다. 물 분자들의 열운동(thermal energy)은 온도가 낮아지면서 줄어들게 되는데, 이에 따라 분자의 운동 에너지가 충분하지 않아 분자 간 거리가 좁혀지며 결정체(ice)가 형성됩니다.

이 과정에서, 물 분자가 얼어서 고체로 변하면서 분자 간 강한 결합이 형성됩니다. 이 강한 결합은 물 분자 간의 이동을 어렵게 하며, 이로 인해 고체로 얼어버리는 것입니다.

그러나 이 과정에서 물 분자가 얼어버리는데 시간이 걸리기 때문에, 온도가 떨어지면 물의 온도가 얼음점(0℃)에 도달하기 전에 물 분자들 중 일부가 이미 고체로 변해버리기 시작합니다. 따라서 물이 바깥부터 얼어나는 것처럼 보이게 됩니다. 이것이 물이 바깥부터 어는 원리입니다.

Answer 9

안녕하세요. 김석진 과학전문가입니다.

물이 어는 원리는 물 분자가 온도가 낮아짐에 따라 서로 점점 가까워지며 결국에는 서로 결합하여 얼음의 결정체가 형성되는 것입니다. 더 자세히 설명하면, 물 분자는 일정한 간격으로 서로 결합하고 있습니다. 이때 온도가 낮아지면 분자들의 운동이 줄어들게 되고, 서로 끌어당기면서 결합이 강화됩니다. 결국 물 분자들이 일정한 패턴으로 배열되며 얼음이 형성됩니다.

Answer 10

안녕하세요. 주영민 과학전문가입니다.

어떤 물체가 얼거나 녹기 위해선 열에너지가 이동해야합니다.

이러한 열에너지의 이동은 표면부터 진행됩니다.

그래서 얼음이 얼때는 표면부터 얼고

녹을때 역시 표면부터 녹습니다

표면에서부터 열에너지가 이동되기 때문이죠.

열에너지는 참고로 공기중으로 빠져나가거나 공기중에서 들어오게 됩니다