음펨바 효과

음펨바 효과 - 뜨거운 물이 차가운 물보다 먼저 언다

 

기본 설명

 

① 뜨거운 물은 찬물보다 더 빨리 증발하므로 얼려야 할 물의 부피가 감소한다.  ② 찬물 위에는 서리층(frost layer)이 형성되어 단열효과를 발휘한다.  ③ 물이 가열될 때 각종 용질(예: 이산화탄소)이 공기중으로 날아가, 물에 녹아 있는 용질의 농도가 달라진다. ④ 뜨거운 용기(container)는 냉장고와 열접촉(thermal contact)이 잘 되므로, 열을 보다 효과적으로 전도한다.  ⑤ 뜨거운 물은 신속히 증발하는데, 이것은 흡열과정이므로 물을 보다 빠르게 얼린다.

 

새로운 설명

 

수소결합이 음펨바 효과를 일으킨다는 것을 입증했다.  연구진의 핵심 아이디어는 "수소결합은 물 분자들을 가까이 접근하게 하며, 이때 물 분자 간의 자연적인 척력(밀치는 힘) 때문에 공유결합이 길어져 에너지가 저장된다"는 것이다. 그런데 액체가 가열되면, 물의 밀도가 낮아져 물 분자들 간의 간격이 더욱 벌어지면서 수소결합이 길어진다. 수소결합이 길어지면 공유결합이 다시 느슨해지고 짧아져 에너지가 방출된다. 여기서 중요한 것은 "공유결합이 에너지를 방출하는 과정은 본질적으로 냉각과정과 동일하다"는 것이다. "이 같은 효과(공유결합이 느슨해져서 에너지가 방출되는 것)는 기존의 전통적인 냉각과정을 가속화시킨다. 따라서 따뜻한 물은 찬물보다 더 빨리 냉각된다. 음펨바 효과의 본질은 바로 이것이다"라고 연구진은 말했다. 연구진은 물의 초기 온도를 각각 다르게 한 뒤 냉각시 에너지 방출량을 측정하는 방식으로 음펨바 효과를 입증했다. 연구를 함께 수행한 쑨장칭 교수는 "물이 에너지를 방출하는 과정과 그 비율은 본질적으로 각각의 물이 지닌 초기 에너지 상태(온도에 따른 분자 간격)에 따라 달라진다"고 설명했다.

 

음펨바 효과는 기존의 상식을 깨는 현상이네요