추운 겨울 음펨바 효과는 어떤 원리로 물을 얼리는 것인가요?

Question

추운 겨울에 뜨거운 물을 공중으로 흩뿌리면 물이 순식간에 얼어 붙던데요.

찬 물은 그렇게 안되는데 뜨거운 물의 상태가 그렇게 빠르게 변하는 현상을 음펨바 효과라고 하더라구요.

이 효과의 원리에 대해 알려주세요~

똑똑한저어새12 · Accepted Answer

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.음펨바 효과는 물의 수소결합과 냉각과정에서의 열전달에 의해 발생합니다.물 분자는 서로 수소결합으로 연결되어 있습니다. 수소결합은 약한 결합이지만, 물 분자 사이의 거리가 멀어질수록 강해집니다. 뜨거운 물은 온도가 높아 분자 사이의 거리가 멀어져 수소결합이 약해집니다. 얼음은 물 분자 사이의 거리가 가깝게 배열되어 있는 고체 상태입니다. 뜨거운 물이 공중으로 흩뿌려지면, 냉각되면서 물 분자 사이의 거리가 점차 좁아집니다. 이때, 수소결합이 강해지면서 물 분자들이 빠르게 결합하여 얼음이 됩니다. 찬물은 수소결합이 강하기 때문에, 냉각되더라도 물 분자 사이의 거리가 크게 좁아지지 않습니다. 따라서, 뜨거운 물에 비해 얼음이 되는 속도가 느립니다.

꾸준한독서가 · Answer

안녕하세요. 이영훈 과학전문가입니다.음펨베 효과의 원리는 뜨거운 물이 찬 물보다 더 빠르게 증발하는 데에 있습니다. 물이 증발하면 그 과정에서 주변의 열 에너지를 빼앗아가는데, 이는 증발열이라는 현상 때문입니다. 따라서 뜨거운 물은 찬 물보다 더 빨리 열 에너지를 잃게 되어 더 빨리 얼 수 있게 됩니다.또한, 뜨거운 물을 공중에 뿌리면 물방울이 미세하게 분산되는데, 이 물방울들은 표면적이 크기 때문에 주변 환경에 노출되는 면적이 늘어나게 됩니다. 이로 인해 물방울들이 주변 공기와 더 많이 접촉하게 되어 열을 더 빨리 잃게 됩니다.이런 원리로, 추운 겨울 날에 뜨거운 물을 공중으로 뿌리면 물은 순식간에 얼어 붙는 것을 볼 수 있습니다. 이는 물의 물리적 성질과 증발열, 그리고 물방울의 표면적과 관련이 있습니다.

탈퇴한 사용자 · Answer

안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.추운 겨울에 뜨거운 물을 공중으로 흩뿌리면 물이 순식간에 얼어 붙는 현상은 정말 신기하고 흥미로운 현상입니다. 이를 음펨바 효과라고 부르는데 이 효과의 원리는 물의 높은 온도와 공기 중의 낮은 온도 차이 때문에 발생합니다.우선 물은 온도가 높을수록 분자 운동이 활발해지고 분자 간의 결합이 약해집니다. 따라서 뜨거운 물은 더 빠르게 증발하게 되는데 이 증발 열이 물 주위의 공기를 가열시킵니다. 그리고 공기는 물 주위의 온도보다 낮기 때문에 물 주위의 공기는 빠르게 냉각되고 이로 인해 물 주위의 온도가 떨어지게 됩니다.이렇게 물 주위의 온도가 떨어지면서 물 분자들의 운동이 둔화되고 결합이 강해지게 됩니다. 그리고 결국 물 분자들이 서로 결합하면서 얼어붙게 되는 것이죠. 이러한 과정이 빠르게 일어나기 때문에 뜨거운 물을 공중으로 흩뿌리면 순식간에 얼어붙는 것입니다.따라서 추운 겨울에 뜨거운 물을 공중으로 흩뿌리면 물 분자들이 빠르게 증발하고 그 증발 열로 인해 물 주위의 온도가 떨어지면서 물이 얼어붙는 것이 음펨바 효과의 원리입니다. 이러한 원리를 이해하면서 추운 겨울에 뜨거운 물을 공중으로 흩뿌리면서 물이 얼어붙는 신기한 현상을 더욱 즐겁게 관찰하실 수 있을 것입니다. 감사합니다.도움이 되셨다면 아래 추천과 좋아요 부탁드립니다.

아리따운솔개286 · Answer

안녕하세요. 정철 과학전문가입니다.물분자들 사이에는 소수결합이 존재합니다. 이 수소결합은 물분자의 공유결합과 마찬가지로 물을 끓이면 공유결합 길이도 길어지고 수소결합도 길이도 길어집니다. 이렇게 길어진 결합이 냉각되면서 축척했던 에너지를 방출하게 됩니다. 축척된 에너지가 많을 수록 더 빠른 속도로 에너지를 방출하게 되어 더 빨리 어는 것입니다.

하얀도화지113 · Answer

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.음펨바는 음파의 원리를 이용하여 물을 얼리는 현상입니다. 음펨바는 음파의 진동이 물 속에서 압력 변화를 일으키면서 물 분자들의 운동을 조절하는 원리로 작동합니다.음펨바 장치에서는 초음파 소리를 생성하는 변환기(트랜스듀서)가 사용됩니다. 이 변환기는 전기 에너지를 초음파로 변환하여 물로 전송합니다. 초음파가 물 속으로 전달되면서, 초음파의 압력 변화가 물 분자들 사이의 결합력을 균열시키고 해체시킵니다. 이 과정에서 물 분자들이 액체 상태에서 고체 상태로 변하게 되어 얼음이 형성됩니다.음펨바를 통해 물을 얼리는 원리는 음파의 진동 에너지를 이용하여 물 분자들을 조작하는 것으로, 물 분자들의 결합 상태를 변화시켜 얼음이 형성되게 하는 원리입니다.

신기한친칠라145 · Answer

안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.원인은 2013년 11월 싱가폴 남양이공대학 쑨장칭, 시장 교수 연구팀에 의해 물의 수소결합과 공유결합의 에너지 상관관계에 의한 현상임이 밝혀졌다.[4][9] 물 분자 사이 수소결합으로 인해 하나의 물 분자를 이루고 있는 각각의 수소 원자, 산소 원자의 공유결합은 분자들을 가까이 붙일 때 길어지며 에너지를 축적한다. 이후 물을 끓이면 물 분자 사이 간격이 벌려지면서 수소결합 역시 길어진다. 이렇게 끓인 물을 냉각할 때는 공유결합 길이가 다시 줄어들면서 축적했던 에너지를 방출하게 된다. 뜨거운 물은 축적된 에너지 양이 많아 냉각시 더 빠른 속도로 에너지를 방출하게 되는 것이다.이러한 원인 분석이 정설로 여겨지고 있으나, 음펨바 효과가 물이 아닌 콜로이드에서도 발생하고 있어[10] 물 외의 액체에서 발생하는 음펨바 효과에 대해서는 보다 깊은 연구가 필요하다.

굉장한호돌이84 · Answer

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.음펨바효과는 고온의 물이 저온의 물보다 빨리어는현상을 말하는데,물의 수소결합과 공유결합의 에너지 상관관계에 의한 현상이라고 합니다.가각의 수소원자와 산소원자의 공유결합은 분자들이 가까이 붙을때 길어지면서 에너지를 축적하고, 이후 물을끓이면 물분자 사이 간격이 발어지면서 수소결합도 길어진다고 합니다. 그래서 끓은물은 축적되어있는 에너지 양이 많아 냉각시 더 빠른 속도로 에너지를 방출한다고 합니다.

되알진개미새214 · Answer

안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.음펨바 효과는 뜨거운 물이 차가운 물보다 빨리 어는 현상입니다.원인은 명확히 밝혀지지 않앗지만 가설이 몇가지 있습니다.물분자 사이에는 수소결합이 존재하는데 뜨거운 물은 차가운 물보다 수소결합이약하게 결합되서 냉각되면서 수소 결합이 쉽게 끊어진다고 합니다.답변이 마음에 드신다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다.

쌈박한오릭스46 · Answer

안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 음펨바 효과(Mpemba effect)는 같은 냉각 조건에서 고온의 물이 저온의 물보다 더 빨리 어는 현상 또는 그 효과를 말한다.이는 35℃ 물과 5℃ 물로 실험하였을 때 비교효과가 극대화된다. 1963년 탄자니아의 에라스토 음펨바(Erasto B. Mpemba)가 처음 발견했다고 해서 붙은 명칭이다.원인은 2013년 11월 싱가폴 남양이공대학 쑨장칭, 시장 교수 연구팀에 의해 물의 수소결합과 공유결합의 에너지 상관관계에 의한 현상임이 밝혀졌다. 물 분자 사이 수소결합으로 인해 하나의 물 분자를 이루고 있는 각각의 수소 원자, 산소 원자의 공유결합은 분자들을 가까이 붙일 때 길어지며 에너지를 축적한다. 이후 물을 끓이면 물 분자 사이 간격이 벌려지면서 수소결합 역시 길어진다. 이렇게 끓인 물을 냉각할 때는 공유결합 길이가 다시 줄어들면서 축적했던 에너지를 방출하게 된다. 뜨거운 물은 축적된 에너지 양이 많아 냉각시 더 빠른 속도로 에너지를 방출하게 되는 것이다.출처 : 나무위키 - 음펨바 효과