보온병의 원리

요즘 쓰레기 문제에 관심이 많아 지면서 많은 사람들이 자신의 물병을 들고 다닙니다. 겨울이면 따뜻하게 여름이면 시원하게 가지고 다니기 위해 보온병을 장만합니다.

보온병을 하나 장만해서 출 퇴근길에 사용할까 생각하면서 알아 보고 있습니다. 텀블러라고 부르면서 뚜껑이 있는 보온컵을 많이 들고 다니기에 궁금해서 검색해보니 ‘굴러가다(tumble)’라는 어원을 가진 원통형 컵이라고 합니다.

어릴 때 소풍갔다가 보온병을 깨서 혼난 기억이 있습니다. 다녀와서 보니 거울 같은 유리 조각들이 플라스틱 병안에 들어 있었습니다.

보온병은 발명가 듀어(James Dewar, 1842~1923)의 이름을 따 ‘듀어병’이라고 부르기도 합니다.

보온병(출처 : Pixabay)

열의 전달

열은 전도(conduction), 대류(convection), 복사(radiation)의 세 형태로 전달됩니다.

1. 전도

물질을 이루는 분자들이 열을 받아서 활발하게 운동하면 전자나 옆에 있는 분자들과 충돌하면서 열을 전달하는 방식입니다.

젓가락의 한쪽 끝을 불에 넣으면 불이 막대를 가열하고 근처의 원자를 더 큰 진폭으로 진동시키면서 에너지를 반대쪽까지 전달해서 반대쪽을 잡고 있던 손도 뜨거움을 느끼게 됩니다.

2. 대류

난로에 손을 직접 닿지 않아도 주변에서 따뜻함을 느낍니다. 난로 위의 공기가 가열되어 팽창하면 밀도가 작아지고 공기가 위로 상승합니다.

가열된 매질의 직접 이동에 의해서 에너지가 전달되는 방식입니다. 우리가 목욕물이 한쪽만 뜨거우면 손을 넣어 저어주는 것이 강제 대류입니다.

3. 복사

모든 물체는 분자들이 진동하고 열진동에 의해 전자기파를 냅니다. 귀체온계가 고막에서 나오는 전자기파의 한 종류인 적외선을 감지해서 온도를 재는 것도 같은 원리입니다.

태양에서 나온 전자기파가 지구까지 에너지를 전달하는 것도 복사입니다.

보온병 속에 있는 열에너지를 바깥으로 나가지 못하게 하는 것이 기본 원리입니다.

보온병

전도와 대류로 나가는 열에너지를 줄이기 위해서 그림처럼 진공을 만듭니다.

예전에는 유리로 만들어 쉽게 깨어졌지만 요즘은 스테인리스로 진공을 유지합니다.

내부에는 도금해서 보온 보냉력을 높혔다는 보온병 광고를 자주 볼 수 있습니다. 반사가 잘 되도록 도금을 하면 따뜻한 물에서 나오는 전자기파의 형태로 나오는 열을 반사시켜서 밖으로 나가지 않게 할 수 있습니다.

워낙 잘 만들어져 나온 보온병이 많아 아무거나 구입하려 했는데 또 예쁜 것을 고르다 보니 아직 고민 중이네요.