겨울이 따뜻해지는 단열의 원리

대교 공식블로그를 찾아주신 여러분, 안녕하세요~! 2018년도 11월도 어느덧 막바지를 향해 달려가고 있는데요. 그래서인지 한동안 잠잠한 듯한 추위도 다시 기승을 부리고 있어요. 많은 분들이 한파를 대비하기 위해 난방용품을 마련하는 것은 물론, 난방비를 조금이라도 아끼기 위해 여러 가지 단열 제품을 사용하실 것 같은데요. 오늘은 아이들과 함께 재미있는 이야기를 나눌 수 있도록 단열과 관련된 과학 원리를 안내해드리려 해요. ^^ 

단열은 끊을 단(斷), 더울 열(熱)을 합친 단어로, 대류와 전도, 복사에 의한 열의 이동을 막는 것을 뜻해요. 열은 온도가 높은 물체에서 낮은 물체로 이동하는 특성을 지니고 있는데요. 때문에 한겨울이 되면 따뜻한 집 안의 열은 추운 바깥으로 나가려고 해요. 그런데 열이 이동하면 집 안은 온도가 낮아지면서 추워질 수밖에 없겠죠? 때문에 이를 막으려고 하는 것이랍니다. 단열을 하면 열의 이동을 막고, 실내 온도를 따뜻하게 혹은 선선하고 일정하게 유지할 수 있어요. 

전도 : 전도는 물체를 이루는 작은 알갱이인 분자와 분자가 부딪쳐 열이 전달되는 것을 뜻해요. 냄비에 물을 끓이면 냄비 바닥은 물론, 손잡이까지 뜨거워지는 것을 확인할 수 있는데요. 이는 냄비 바닥부터 손잡이까지 '열의 전도'가 일어났기 때문이에요.

대류 : 대류는 공기나 물처럼 자유롭게 움직일 수 있는 물질이 직접 움직여 열을 전달하는 방법을 뜻해요. 공기나 물처럼 자유롭게 움직일 수 있는 물질은 온도가 올라가면 부피가 커져서 가벼워져요. 가벼워진 물질은 위로 올라가려 하고, 무거운 물질이 아래를 대신 채우게 되는데요. 추운 겨울에 방문을 열어두면 방안이 금방 추워지죠? 이는 방안의 따뜻한 공기가 열린 문의 위쪽으로 나가고, 바깥의 찬 공기가 문 아래쪽을 통해 방 안으로 들어오는 대류 현상이 일어나면서 방 안의 공기 온도가 낮아지게 된 거예요.

복사 : 복사는 열이 다른 물체를 통하지 않고 바로 이동하는 것을 의미해요. 겨울에 그늘 안은 춥지만, 햇볕을 쬐면 따스함을 바로 느낄 수 있죠? 이는 지구에서 약 1억 5,000만㎞나 떨어져 있는 태양이 내는 열이 지구로 복사되었기 때문이에요. 난로에 손을 쬘 때 따뜻하다고 느끼는 것도 복사 현상에 의한 것이랍니다. 

우리가 추위를 이기기 위해 하는 행동들은 다 단열과 관련이 있어요. 잠잘 때 두꺼운 이불을 덮는 것도, 외출할 때 점퍼를 입는 것도, 한여름에는 아이스박스 안에 찬 음료를 넣어두는 것도 다 단열의 한 예랍니다.

단열을 위한 재료는 매우 무궁무진한데요, 따뜻한 솜과 천, 스티로폼뿐만 아니라 나무와 플라스틱, 심지어 공기도 단열의 재료가 될 수 있답니다. 이 중에서도 공기는 가장 좋은 천연 단열재로 꼽히는데요. 공기의 열전도율은 유리의 열전도율과 비교하면 40분의 1 정도로 매우 낮아요. 또, 철의 열전도율에 비하면 2,600분의 1 정도로 매우 미미한 수준이라고 해요. 때문에 추운 겨울철, 유리창에 일명 '뾱뾱이'라고 불리는 에어캡을 붙여주면 엄청난 단열 효과를 볼 수 있답니다.

얇고 올록볼록한 비닐 안에 공기가 들어 있는 에어캡은 단열층을 형성해 외부의 찬 공기를 차단해줘요. 에어캡을 유리창에 붙이면 이중창을 하나 더 설치하는 것 이상의 단열 효과를 내는데요~! 건설기술연구원에서 외부 기온이 영하 15℃일 때 창문에 에어캡을 붙이는 실험을 한 결과, 에어캡을 붙인 집은 실내 온도가 2.5도 더 높았다고 해요. 또, 창으로 빠져나가는 열 에너지는 30~40%가량 절약해준다고 하네요. ^^

겨울철, 두꺼운 외투를 한 벌 입기보다는 속에 얇은 옷을 여러 벌 입는 것이 더욱 좋다는 이야기를 들어보신 적이 있으시죠? 이는 안의 옷을 입고 벗으며 체온을 조절하기에 용이하다는 점도 있지만, 실제로도 얇은 옷을 여러 겹 입는 것이 단열효과가 뛰어나기 때문이에요. 옷을 겹쳐 입으면 사이에 공기층이 형성되고, 체온이 바깥으로 빠져나가는 것을 막아주기 때문이에요. 

이러한 원리로 집을 지을 때는 스티로폼이나 유리섬유 같은 단열재를 벽 사이에 넣고 벽을 쌓는답니다. 이렇게 하면 한겨울 집 안의 따뜻한 열기를 집 바깥으로 빼앗기지 않는 것은 물론, 한여름 바깥의 더운 열기가 집 안으로 들어가는 것도 막을 수 있기 때문이죠. 

이렇게 단열이 무엇이며 왜 중요한지, 그리고 일상 속에서 쉽게 만나볼 수 있는 단열 사례들을 살펴보았는데 어떠셨나요? 마지막으로 한 가지 더~! 우리 몸이 찬 공기와 직접 닿으면 그만큼 체온을 빼앗기기 쉬운데요. 한겨울에는 공기 중에 살이 드러나는 부분을 최소화하는 것도 단열의 한 방법이라는 사실을 잊지 말아주세요. ^ㅡ^

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