안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
겨울철 뜨거운 밥이 담긴 스텐 그릇을 실외에 두면 뚜껑이 열리지 않는 현상은 대기압과 그릇 내부 압력의 차이 때문에 발생합니다.
처음 밥을 담고 뚜껑을 닫았을 때는 그릇 내부가 뜨거운 밥에서 나온 수증기와 열로 데워진 공기로 가득 차 있습니다. 기체는 온도가 높을수록 부피가 커지려는 성질이 있기 때문에, 이 시점에는 내부의 공기와 수증기가 바깥으로 밀어내는 힘이 외부의 대기압과 균형을 이루거나 오히려 약간 더 강한 상태입니다.
하지만 그릇을 차가운 실외에 두면 내부 온도가 급격히 떨어지기 시작합니다. 이때 두 가지 결정적인 변화가 동시에 일어납니다. 첫째는 기체의 부피와 온도에 관한 샤를의 법칙입니다. 온도가 내려가면 그릇 안에 갇혀 있던 공기의 부피가 수축하면서 분자들의 운동이 둔해져 벽면을 미는 힘인 압력이 낮아집니다. 둘째는 수증기의 액화 현상입니다. 공간을 크게 차지하던 고온의 수증기가 찬 공기를 만나 물방울로 변하면서, 기체 상태일 때보다 부피가 수백에서 천 배 이상 급격하게 줄어들게 됩니다.
그 결과 그릇 내부의 공기 밀도가 희박해지면서 안쪽 압력이 외부 대기압보다 훨씬 낮은 진공에 가까운 상태가 됩니다. 반면에 그릇 바깥에서는 여전히 강력한 대기압이 뚜껑을 사방에서 누르고 있습니다. 결국 뚜껑을 위로 들어 올리려면 그릇 내부를 짓누르고 있는 이 거대한 대기압의 무게를 힘으로 이겨내야 하기 때문에 손으로는 쉽게 열 수 없게 되는 것입니다. 이럴 때는 그릇을 다시 따뜻한 물에 담가 내부 압력을 높여주면 쉽게 열 수 있습니다.