온도를 지켜줘요! 보온병

서론

무더운 여름에 시원하게 목을 축이고 싶거나 매서운 겨울 따뜻하게 몸을 데우고 싶을 때, 우리는 보온병에 담겨있는 차가운 물이나 따뜻한 물로 몸과 마음을 달래곤 한다. 이번에는 따뜻하거나 차가운 물을 계속해서 유지해주는 보온병에 대해 알아보자.

 

보온병?

보온병은 진공병이라고도 불리는 물건으로 내용물 온도를 오랫동안 일정하게 유지해주는 용도로 이용되는 물건입니다. 최초의 보온병은 진공 플라스크로 스코틀랜드 화학자 제임스 듀어에 의해 개발되었습니다.

 

열의 전달

먼저 보온병 속의 액체 온도를 유지하는 방법을 알기 위해서는 열의 이동방식에 대해 알아볼 필요가 있습니다. 열의 이동방식에는 전도, 대류, 복사가 있습니다.

1. 전도 : 끓는 물에 숟가락을 계속 담가두면 점차 숟가락 손잡이까지 열이 전달되어 뜨겁게 달궈지는데, 이처럼 숟가락을 이루는 물질 분자는 그대로이지만 열만 고온의 물체에서 저온의 물체로 이동하는 현상을 전도라고 합니다.

2. 대류 : 대류는 중력이 작용하는 공간에서 액체나 기체가 열을 얻거나 잃어서 부피가 변화 때문인 밀도 변화로 일어나는 현상입니다. 물을 끓이게 될 때 열과 가까운 쪽물이 먼저 뜨거워지는데 이 뜨거워진 물의 물 분자는 분자운동이 활발하게 증가하여 부피가 커지게 되는데, 밀도는 질량을 부피로 나눈 값으로 표현하는데 질량이 그대로인 물에서 부피가 증가함으로써 밀도가 감소하게 되어 아래쪽 뜨거워진 물이 위쪽으로 올라가게 되고 위쪽에 있던 상대적으로 열의 영향을 덜 받는 물은 밀도가 상대적으로 무거워져 아래로 내려오면서 서로 위아래로 움직이는 대류 현상이 일어나게 되는 것입니다.

3. 복사 : 복사는 열이 중간의 매개체 없이 직접 전달되는 현상입니다. 이는 태양과 지구 사이의 공간은 진공 상태가 존재하는데 태양열이 지구까지 전도와 대류를 거치지 않고 직접 전달되는 현상이 있습니다.

보온병

보온병의 원리

보온병은 이중벽의 구조로 되어 있습니다. 내부와 외부의 벽 사이에는 차가운 물을 존재하는데 이 차가운 물을 단열 역할을 하여 열의 이동을 방지합니다. 먼저 열전도는 물체를 통해서 열이 이동하게 되는데 진공층이 존재함으로써 중간의 물체가 없어 열의 이동을 차단하고, 열대류 역시 유체가 직접 이동하면서 열을 전달해야 하지만 중간의 진공층 때문에 열을 전달을 차단하여 열대류를 차단하게 됩니다. 마지막으로 열복사를 막기 위해 보온병을 열을 반사해 외부로의 열전달을 차단할 수 있는 은색으로 도금하여 열복사를 차단하여 보온병의 기능을 극대화하게 만듭니다.