주방용 주전자의 물을 끓일 때 물이 끓기 직전 '쏴-' 하는 미세한 소리가 나다가 막상 활발히 끓으면 소리가 잦아드는 이유가 무엇인가요?

Question

주방용 주전자의 물을 끓일 때 물이 끓기 직전 '쏴-' 하는 미세한 소리가 나다가 막상 활발히 끓으면 소리가 잦아드는 이유를 바닥의 기포가 찬물을 만나 소멸하는 캐비테이션으로 설명해 주세요.

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안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

주전자의 물이 끓기 직전에 시끄러운 소리가 나다가 막상 활발히 끓으면 조용해지는 이유는 물의 온도 차이로 인해 발생하는 캐비테이션 현상 때문입니다. 주전자를 가열하면 열을 직접 받는 바닥면의 물이 먼저 끓는점에 도달하여 수증기 기포들이 만들어집니다. 이때 주전자 위쪽의 물은 아직 온도가 낮은 찬물 상태를 유지하고 있습니다. 바닥에서 발생한 기포가 부력에 의해 위로 떠오르는 순간 위에 있던 차가운 물과 급격하게 만나게 됩니다.

​찬물을 만난 수증기 기포는 내부 열을 빼앗겨 순식간에 다시 액체로 변하며 부피가 급격히 줄어듭니다. 기포가 매우 빠른 속도로 수축하여 소멸하는 과정에서 주변의 물들이 빈 공간을 채우기 위해 사방에서 무서운 속도로 밀려들어와 서로 충돌합니다. 유체 내부의 압력과 온도 변화로 기포가 발생했다가 중심을 향해 격렬하게 무너지는 이 현상을 캐비테이션이라고 부릅니다. 이때 물 분자들이 부딪히면서 미세한 충격파가 발생하는데 주전자 바닥의 수많은 기포가 동시다발적으로 터지며 내는 충격음이 바로 끓기 직전의 소리입니다.

​반면 물이 완전히 끓기 시작하면 주전자 전체의 물 온도가 균일하게 백 도에 도달합니다. 더 이상 기포를 식힐 찬물이 없기 때문에 기포는 소멸하지 않고 수면 위까지 무사히 올라와 터지므로 충격파가 발생하지 않아 소리가 잦아들게 됩니다.