뜨거운 물이 더 빨리 얼음이 될 수 있다? 음펨바 효과

서론

흔히 물이 얼어서 얼음이 되려면 물 온도가 점점 떨어져 0도 이하가 되었을 때 얼음이 얼 수 있는 조건이 되기 시작한다.  그렇게 생각하면 온도가 낮은 0도에 가까운 물이 더 빨리 얼음이 될 것 같다. 하지만 특정 상황에서는 현실과 조금 다른 조건이 나타나게 된다. 이번에는 뜨거운 물이 더 빨리 될 수 있다? 음펨바 효과에 대해 알아보자.

 

음펨바 효과란?

음펨바 효과란 따뜻한 액체가 차가운 액체보다 더 빨리 얼 수 있다는 것을 볼 수 있는 현상입니다. 이는 1960년대 탄자니아의 고등학생 음펨바가 아이스크림을 만들다가 덜 식을 아이스크림을 집어넣은 것이 식혀서 집어넣은 아이스크림보다 빨리 어는 것을 보고 의문을 품었다. 이후 고등학교에 강연을 온 물리학자에게 이 현상에 대해 물었고, 이야기를 들은 물리학자는 실험을 통해 뜨거운 액체가 찬 액체보다 빨리 얼 수도 있다는 사실을 발견하게 됩니다.

 

모든 액체가 뜨거우면 빨리 얼까?

뜨거운 액체가 차가운 액체보다 빨리 언다는 것은 상식적으로 생각해도 있을 수 없는 현상 같지만 드물게 뜨거운 액체가 먼저 어는 경우가 있습니다. 하지만 여러 번의 실험 중에 간혹 나타나는 현상이기 때문에 아직 명확한 원인을 찾지 못하고 있습니다.

얼음

 

음펨바 효과를 설명하는 가설들

음펨바 효과를 설명하는 가설에는 몇몇 가지 이론들이 있습니다.

1. 증발 : 따뜻한 물은 더 빨리 증발하기 때문에 물의 총량이 적어져 상대적으로 줄어든 물이 더 빨리 얼 수 있는 것입니다.

2. 대류 : 따뜻한 물은 대류 현상이 활발히 일어나 열을 더 효율적으로 분산시켜 빠르게 온도를 낮춰 얼음이 되는 것입니다.

3. 과냉각 : 차가운 물은 0도 이하에도 액체상태로 존재할 수 있는 과냉각 현상으로 존재할 수 있지만 따뜻한 물은 과냉각 상태에 도달하기 전에 온도가 급격히 떨어져 얼음 상태로 만들어지는 것입니다.

 

현재까지 음펨바 효과는 명확히 원인이 밝혀지지 않아 추가적인 연구가 더 필요합니다. 어떤 조건에서는 가설이 들어맞고, 다른 조건에서는 가설이 거짓이되  일반적인 원리는 도출하지 못하고 있습니다. 상식 밖의 영역이 과학현상으로 나타나고 있는 음펨바 효과, 신기한 난제는 언제쯤 명확한 원인이 밝혀질지 궁금해집니다.