차가운 물보다 뜨거운 물이 더욱 빨리 어나요?

Question

그런 얘기를 어디선가 들은것 같은데.

이런 현상이 발생하는 원인이 뭘까요?

뜨거운물이 더 뜨겁기 때문에 온도 내려가는 속도가 더 느려야 정상이 아닌가요?

Answer 1

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.

뜨거운 물이 차가운 물보다 빨리 어는 현상은 음펨바 효과로 물리학의 난제로 여겨지고 있습니다. 음펨바 효과를 설명하는 다양한 가설이 있지만, 아직까지 어떤 가설이 가장 적합한지 밝혀지지 않았습니다. 가장 대표적인 가설은 증발 효과입니다. 뜨거운 물은 차가운 물보다 분자의 운동 에너지가 높기 때문에 증발이 더 잘 일어납니다. 증발은 물의 질량을 감소시키는 원인이 되므로, 뜨거운 물은 차가운 물보다 상대적으로 더 빨리 얼게 됩니다. 이 가설은 실험적으로 증명되었지만, 모든 실험에서 음펨바 효과가 관찰되지는 않았습니다. 용기를 밀폐하여 증발을 방지해도 음펨바 효과가 관찰된 사례가 있기 때문입니다. 다른 가설로는 대류 효과가 있습니다. 뜨거운 물은 차가운 물보다 초기에 외부로 잃는 열의 양이 많습니다. 이로 인해 뜨거운 물의 표면 근처는 급격히 냉각되고, 뜨거운 물과 차가운 물의 온도 차이가 커집니다. 이 온도 차이로 인해 대류 현상이 일어나면서, 뜨거운 물의 열이 더 빠르게 전달됩니다. 이 가설은 뜨거운 물이 차가운 물보다 더 빨리 얼게 되는 현상을 설명할 수 있지만, 대류 현상은 용기의 모양에 영향을 많이 받기 때문에 보편화되기는 어렵습니다. 이 외에도 열전도 효과나 표면 장력 효과와 같은 가설이 제시되었지만, 아직까지 음펨바 효과의 결정적인 원인을 설명하는 이론은 없습니다. 음펨바 효과는 아직까지 수수께끼로 남아 있지만, 물의 물리적 성질에 대한 이해를 높이는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.

가장 유력한 가설로는 뜨거운물의 대류가 더 빨리일어나 내부 열이 표면쪽으로 빠르게 전달되어 더 빠르게 식는다는 가설이 있습니다.

Answer 3

안녕하세요. 박정철 과학전문가입니다.

뜨거운 물은 차가운 물보다 밀도가 낮습니다. 밀도가 낮은 물은 표면에서부터 얼기 시작합니다. 그리고, 뜨거운 물은 차가운 물보다 열을 더 많이 잃습니다. 열을 더 많이 잃은 물은 더 빨리 얼기 시작합니다. 또한, 뜨거운 물은 차가운 물보다 더 많은 기포를 가지고 있습니다. 기포는 물의 표면을 덮고 물의 열을 빼앗아갑니다.

이러한 이유로 뜨거운 물은 차가운 물보다 빨리 얼립니다.

Answer 4

뜨거운 물이 차가운 물보다 빨리 얼어지는 현상은 "마이너스 온도 불균일성" 또는 "마이너스 역동적인 얼음 형성"이라고 알려져 있는 현상입니다. 이는 초기에 뜨거운 물이 빨리 냉각되면서 얼음이 형성되는데, 이 얼음이 더 작은 얼음 결정으로 구성되기 때문입니다.

이러한 현상의 원리는 다음과 같이 설명될 수 있습니다:

1. 냉각: 뜨거운 물은 초기에 빨리 냉각됩니다. 온도가 높은 상태에서 냉각이 시작되면 열이 빨리 방출되며, 물 온도가 급격하게 하락합니다.

2. 얼음 결정 형성: 냉각된 물은 얼음으로 변하게 됩니다. 그러나 물이 빠르게 냉각되면 얼음 결정이 작은 크기로 형성될 가능성이 높습니다. 작은 얼음 결정은 더 빠르게 열을 방출할 수 있어서 얼음 형성이 더 빨리 일어납니다.

3. 열전달의 감소: 얼음은 고열전도체가 아니기 때문에 열이 얼음으로 전달되는 속도가 더 느려집니다. 이로 인해 초기에 형성된 작은 얼음 결정은 주변 물에 냉기를 더 적게 전달하게 됩니다.

따라서 이런 현상으로 인해 뜨거운 물이 차가운 물보다 얼어가는 속도가 더 빨라지게 됩니다. 이러한 현상은 일상 생활에서는 미세한 차이로 나타나기 때문에 눈에 띄지 않을 수 있으나, 실험 등을 통해 확인할 수 있습니다.