보온병의 보온 원리가 궁금합니다.
겨울에 실내, 등산 시에 요긴하게 사용하는
보온병, 누가 만들었는지 정말 실용적인 것 같습니다.
특히 겨울에 너무너무 잘 쓰고 있습니다.
평상시에는 이게 왜 뜨거운지 왜 온도가 유지되는지
궁금하지 않았는데, 갑자기 궁금해지네요.
감사합니다.
안녕하세요. 과학전문가입니다.
온도는 매질을 통해서 전달되는 특성을 가지고 있습니다.
그래서 매질의 밀도가 높은 고체가 액체나 기체보다 온도 전달이 빠릅니다.
예를들면,
냄비에 물을 넣고 끓일때, 물에 젓가락을 넣어두고 그 젓가락을 만지는 것과 냄비 근처에 손을 두고 온도를 느끼는 것과 온도차이가 나지요. 젓가락을 만지는 건 뜨겁다고 느끼겠지만, 냄비 근처에 손을 두는것은 거리에 따라 따뜻하게 느껴지는 정도밖에 되지 않을 겁니다.
보온병은 바로 이 원리를 사용합니다.
아래의 그림처럼 보온병은 이중으로 되어있고, 외부와 내부 사이에 진공에 가까운 부분이 존재합니다. 물의 온도를 떨어뜨리려면 내부의 무엇인가가 온도를 전달해줘야하지만 그 사이는 진공으로 되어있어서 전달해줄 것이 거의 없죠. 따라서 온도가 오랫동안 유지됩니다.
요즘 나오는 가벼운 냄비들 중 손잡이 부분이 뜨거워지지 않는 그런 것이 있습니다. 안에보면 보통은 비어있지요. 이는 위의 원리를 응용한 것이라고 보면 됩니다.
답변이 도움 되셨길 바랍니다 :)
안녕하세요. 강인석 박사입니다.
보온병의 원리는 열전달을 최소로 하는 기술이 들어가 있습니다.
열을 전달하는 메카니즘은 전도와 대류, 복사 열전달이 있습니다.
일반적으로 보온병에는 뜨거운 물을 담아두기 때문에 이를 기준으로 설명하겠습니다.
뜨거운 물이라고 해도 섭씨 100도 미만입니다. 대기압 상태에서는 100도 이상이 되면 수증기가 되겠죠...
하여튼 이 뜨거운 물의 열이 외부로 나가는 것을 최소로 하기 위해 보온병이 필요합니다.
위에서 예를 들은 온도라면 현실적으로 복사 열전달은 무시(물과 대기 온도와의 온도차가 적어서)해도 됩니다. 그렇다면 전도와 대류에 의한 열전달 밖에는 거의 없습니다. 보온병은 보온병의 내부 표면과 외부 표면 사이에 진공을 만들어 전도 열전달과 대류 열전달이 거의 없도록 한 것입니다. 진공이 되면 열을 전달하는 매개체가 없고 매개체가 없으니 매개체의 유동도 없어 그 안에서는 전도도 대류 열전달도 없게 됩니다. 단지 물이 담겨져 닿아있는 금속을 통해 열이 전달될 수 있는데 그 두께가 얇아 매우 적은 열만 전달됩니다. 그러므로 물의 열을 오래도록 보존할 수 있게 되는 원리입니다.
안녕하세요. 김현준 과학전문가입니다.
우리가 흔히 접할 수 있는 물질 중에서 열전도율이 가장 낮은 것이 공기입니다. 그래서 보온병의 경우 이 열전도율이 낮은 공기를 이용하여 열이 전도되는 것을 차단하는 원리를 이용한 것입니다.
보온병을 보면 내외부 2중 설계로 되어 있으며, 안쪽면과 바깥쪽면 사이 공간은 진공상태를 만들어줍니다. 이 진공 상태는 보온병 내부의 뜨거운 열과 바깥쪽 차가운 열 사이를 차단하여 두 공간 사이의 열전도율을 차단하게 되어 보온병 내부의 뜨거운 열기가 오랫동안 유지될 수 있는 것입니다.
그렇다면 보온병 내 뜨거운 물이 시간이 지나면서 점점 식는 이유는 뚜껑 마개를 통해 열이 전도되기 때문입니다. 우리가 아무리 강하게 뚜껑 마개를 닫더라도 미세한 틈이 생기고 그 틈 사이오 열전도가 일어나 식게 되는 것입니다.
안녕하세요. 이성현 과학전문가입니다.
병 내부를 진공상태로 만듬으로써, 열에너지가 외부로 나가지 못하기 때문에 내용물의 온도가 비교적 오랜기간 유지될 수 있는 것 입니다.
만약 보온병의 뚜껑을 열어놓게된다면, 일반 컵에 담아 놓은 것처럼 쉽게 식을 것 입니다!안녕하세요. 복선정 약사입니다.
보온병은 기본적으로 이중구조로 되어있습니다. 이중벽 구조가 되면 열이 전도되는게 더 어려워지고 내부의 열이 외부로 빠지기 어려워서 온도를 유지 할 수 있습니다. (여름철차가운 음료는 반대로 외부의 열이 내부로 유입되지 않게 하여 온도를 유지합니다.)
