흐르는 물은 왜 얼지 않나요?
고여있는 물은 대부분 기온이 영하로 떨어지게 되면 얼기 시작하는데요,
흐르는 물은 아무리 추워도 얼지 않는다고 하더라고요..
정말 흐르는 물은 아무리 추워도 얼지 않나요?
팽귄 사는 북극에도 얼지 않은 물이 있던데...
1. 마찰열
지금은 없어 졌지만
예전에 동대문운동장에서 인조 잔디 (플라스틱)가 깔려 있어서
중고등 축구 시합이 많이 열리곤 했죠.
그런데 축구 시합중에 많은 학생들이 화상을 입곤 했습니다.
그것은 태클을 들어가거나 넘어 질때 인조잔디와 마찰을 하면서
발생된 열에 의하여 화상을 입은 것이지요.
물질은 서로 부딪치거나 마찰하면 마찰열이 발생합니다.
눈에 보이지 않는 기체끼리의 충돌에 의하여서도 마찰열이 발생합니다.
지우개를 종이에 계속 문질러 보면 지우개가 따뜻한 것을 느낄 수 있습니다.
손가락을 거칠은 콘크리트에 대고 죽~~~ 끄면 손이 뜨겁게 되는 것을
느낄 수 있습니다.
2. 흐르는 물
당연히 물이 흐르면서 마찰열이 발생합니다.
물살이 센 곳은 마찰열이 휠씬 많이 발생합니다.
마찰열이 발생하면 대기 온도는 영하가 되어도
실제 물의 온도는 영하가 아니겠지요?
(내부에서 발생한 마찰열이 강 표면으로 계속 이동)
그러나 대기 온도가 아주 많이 내려가게 되면
마찰에 의해서 발생되는 열보다 대기에서 내리는 차가운 냉기가
더 많기 때문에 흐르는 물은 얼게 되겠지요.
그러나 물이 어는 것도 순서가 있습니다.
그것은 물의 흐름이 약한 곳 부터 입니다.
(물의 흐름이 약함 = 마찰열 발생 적음)
따라서 굽은 강이라면
물살이 빠른 크게 되는 물길 쪽 보다는
물살이 느린 안쪽 부터 얼음이 얼기 시작하겠죠.
그리고 같은 강이라도
강폭에 변화가 있는 곳 이라면
강폭이 좁은 곳이 물살이 빠르기 때문에 늦게 얼고,
강폭이 넓은 곳이 물살이 느리기 때문에 (마찰열 발생이 적음)
상대적으로 빨리 얼게 됩니다.
3. 결론
흐르는 물도 얼게 됩니다.
단, 물의 마찰에 의하여 발생하는 마찰열 보다
대기에서 공급하는 냉기가 더 클 경우에...
4. 기타
같은 추운 날씨라도 바람 부는 날에는
강물이 더 빨리 얼게 됩니다.
그것은 바람부는 날 체감 온도가 더 낮은 것 처럼
(공학적으로는 열전달이 더 잘된다고 함)
바람 부는 날 빨래가 더 잘 마르는 것 처럼
바람 부는 날 차가운 냉기가 강물에 더 많이 전달 됩니다.
흐르는 물이 발생시키는 마찰열은 일정한 데
받는 냉기의 량은 더 많으므로, 당연히 강물도 더 빨리 얼게 되겠죠?결과만 말씀드린다면 흐르는 물도 업니다^^
좀 어렵게 이야기를 하자면
물은 흐를 때는 에너지를 갖고 있는데 물이 얼기 위한 조건은
에너지가 없거나 굉장히 낮아야합니다. (0도 기준)
때문에 물이 아주 조금씩이라도 흘러서 에너지를 갖게 된다면
어는점에서 점점 멀어지는게 되는거죠.
쉽게 말씀 드리자면
물이 흐르게 되면 아주 조그만한 열을 가지게 되서 고인물보다는 쉽게 얼지 않습니다.
고정된 컵 안에 물을 부었다고 상상해봅시다.컵 안에 든 물 분자들은 점점 운동을 멈추며 운동 속도가 줄어듭니다. 온도가 0도 아래로 내려가면 물 분자들은 서로를 끌어당겨 얼음으로 변합니다. 운동 속도가 느린 물 분자들이 힘들이지 않고 얼음으로 변하는 것이죠.
반면 강물처럼 흐르는 물은 물 분자가 움직이면서 쉽사리 서로를 끌어당기지 못합니다. 겨울철에 수도 동파를 방지하기 위해 수도꼭지를 살짝 틀어놓아 물이 졸졸 흐르게 하는 것도 마찬가지 원리. 물 분자가 끊임없이 움직이게 함으로써 얼어붙는 것을 막기 위함입니다. 상류에서 하류로 끊임없이 흐르는 한강도 같은 이유로 쉽게 얼지 않는 것입니다.
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