얼어붙은 얼음이 액체를 거치지 않고 바로 증발하여 옷이 마르는 과학적 원리는 무엇인가요?

Question

영하의 추운 겨울날 세탁한 젖은 옷을 야외 건조대에 걸어두면 물이 얼어 옷이 딱딱해졌다가 시간이 지나면서 물방울이 되지 않고도 옷이 깨끗하게 마르는데요. 이처럼 얼어붙은 얼음이 액체를 거치지 않고 바로 증발하여 옷이 마르는 과학적 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

영하의 날씨에서 옷 속의 얼음이 물로 녹지 않고 곧바로 대기 중의 수증기로 바뀌며 마르는 현상은 승화라는 물질의 상태 변화 원리 때문입니다. 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.

물질은 온도와 압력 조건에 따라 고체, 액체, 기체의 세 가지 상태로 존재하는데, 보통은 얼음에서 물로, 물에서 수증기의 순서를 거치지만, 온도가 영하인 상태에서는 얼음 표면의 물 분자들이 액체 단계인 물을 거치지 않고 대기 중으로 직접 튀어나가 기체인 수증기로 바뀌는 승화 현상이 일어납니다. 차가운 겨울 공기는 수증기를 머금을 수 있는양이 매우 적어 대기가 매우 건조합니다. 얼음 표면 바로 위의 수증기압이 주변의 건조한 공기보다 높기 때문에, 얼음 결정 속의 물 분자들이 균형을 맞추기 위해 지속적으로 공기 중으로 빠져나가게 됩니다. 바람이 불면 옷 주변에서 승화되어 나온 수증기 입자들이 빠르게 흩어지므로 옷 주변의 습도가 낮은 상태로 유지되어 승화 반응이 끊임없이 촉진됩니다. 기온이 영하일지라도 햇빛을 받으면 얼음 입자가 빛 에너지를 흡수하는데, 이 에너지가 얼음 전체를 녹여 물로 만들 만큼 높지는 않지만, 표면의 얼음 입자를 기체로 튕겨 올려 보낼 만큼의 운동 에너지를 가져 승화가 일어나게 되는 것입니다.