다른 조건의 물의 어는점 비교해보자 - 그 결과와 원인은?

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다른 조건의 물의 어는점 비교

 

 

1. 온도에서의 차이를 보이는 물의 어는점 비교

 

더운물과 차가운 물을 동시에 얼리기 시작한다면 어떤 물이 더 빨리 얼게 될까요?

보통은 더운물이 0도에 도달하는 속도보다 차가운 물이 0도에 도달하는 속도가 훨씬 빠르다고 생각이 들 텐데요, 직접 실험해보면 생각한 것 과는 조금 다르게 나온다는 것을 확인할 수 있습니다.

전체적으로 어는 것은 더운물이 가장 빨리 얼고 차가운 물과 실온의 물은 비슷하게 얼게 됩니다.

 

이에 숨겨진 첫 번째 과학적 원리는 '물의 수직 온도 기울기'라는 개념입니다.

수직 온도 기울기는 상층부의 열 손실률은 물의 표면 온도에 비례한다는 것을 뜻합니다. 따라서 수면의 온도가 나머지 전체의 물 온도에 비해 높은 물은 전체적으로 동일한 평균 온도 분포를 보이는 물보다 열 손실률이 엄청나게 더 높을 수밖에 없습니다. 열 손실률이 크면 더 빨리 얼게 되는 것이고요.

 

두 번째 원리로는 대류현상이 있습니다.

차가운 물을 처음부터 얼음이 얼어 떠다녀 추가적인 대류운동이 일어나기가 어려워집니다. 그에 반해, 더운물은 얼음이 용기의 가장자리와 바닥부터 생성되기 때문에 수면이 상대적으로 높은 온도와 액체 상태를 계속 유지하여 열이 빠른 속도로 끊임없이 손실됩니다.

대류현상은 온도 차가 클수록 더 활발히 일어나므로 더운 물에서는 물 대부분이 얼어붙은 상황에서도 대류 운동이 일어나게 됩니다. 더운물은 물이 얼기도 전에 강력한 대류 운동을 함으로써 물 전체가 빠르게 동질적으로 냉각됩니다. 즉, 얼음 자체는 찬물이 먼저 얼지만, 냉각속도는 느려도 물 전체가 어는 것은 더운물이 더 빠르게 되는 것입니다.

 

 

 

2. 물과 소금물에서의 어는점 비교

 

소금물과 물을 동시에 얼리면 물이 더 빨리 얼게 됩니다.

 

이는 어는점 내림 현상으로 설명할 수 있는데요, 어는점 내림 현상이란 용액의 어는점은 순수한 용매보다 낮아지는 현상을 말합니다. 휘발성 물질인 물과 비 휘발성 물질인 소금을 혼합하게 되면 표면에서 비 휘발성인 소금이 물 분자가 증발되는 것을 막게 됩니다. 그러므로, 물과 소금의 혼합물은 물보다 어는점이 낮아져서 소금물이 더 늦게 어는 수밖에 없는 것입니다.