텀블러의 보온 원리가 아닌, 표면 결로 현상에 관한 질문 드립니다.

Question

텀블러의 구조를 대략적으로 알고 있습니다. 내부와 외부 사이에 진공 상태의 공간이 있어서 보온 효과가 있다고 알고 있습니다. (정확한 지식이 아닐수도..)

여기서 궁금한 것이 아무리 중간에 진공 상태라고 하더라도 텀블러 내부에 뜨거운 물이 있다고 가정하고 엄청 추운 밖에서 사용을 한다고 하면 텀블러 외부에 결로로 인하여 물방울이 맺혀야 하는 것 아닌가요? 진공 상태이면 열 전도가 하나도 안되는 것인지, 발생하지 않는 이유가 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이중건 과학전문가입니다.

네 알고계시듯, 겉부분과 내부의 진공이 되어 있어 그렇죠. 그런데, 이 진공상태에서는 열전도율이 매우 낮답니다. 물론 0은 아니죠. 하지만 열이 교환되기에는 매우 낮기 때문에 거의 이루어지지 않는 것이라 물방울 등이 맺히지 않는거랍니다.

Answer 2

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

텀블러를 퉁퉁 쳐보시면 느낌이 오시겠지만, 이중으로 된 느낌을 받을 수 있습니다. 이중으로 된 공간 사이에 공기가 들어있거나 진공상태인데, 이렇게 공기층이나 빈 공간을 두면 열 차단에 효과적입니다. 공기층, 진공층은 열전달율이 매우 낮아 텀블러에 담긴 차에 열을 거의 뺏기지 않습니다.

진공이라고 해서 열전도가 아예 안되는것은 아닙니다. 왜냐하면 적외선 빛을 통해 외부로 열이 방출되기 때문입니다. 그래서 미미하지만 조금씩 방출이 되고 있습니다. 또한, 얼음물을 넣어둔 뒤 시간이 지나고 보면 물방울이 맺힌 것을 보실 수 있습니다. 하지만, 만약 건조한 공간이라면 물방울이 잘 맺히지 않을 수도 있습니다.

Answer 3

진공 상태이면 열 전달을 이루는 매개체가 없기 때문에 열 전도가 안되는 것이 맞습니다.

하지만 텀블러라고 해서 100% 진공은 아닙니다.

텀블러도 수명이 있기 때문에 2 ~ 3년이 지난 텀블러는 내부에 점점 공기가 차게 되고 결로 현상도 발생하게 됩니다.

Answer 4

안녕하세요.

열의 전달 방식에는 대류, 전도, 복사가 있습니다.

대류는 액체나 기체가 열을 가진 채 직접 이동

전도는 고체에서의 열 전달

복사는 매질 없는 열의 이동 (태양빛이 진공의 우주를 지나 지구에 열을 공급하는 방식)

보통 열은 매질(고,액,기체)이 있어야 열의 전달이 이뤄집니다.

진공의 경우 복사의 형태로 열이 전달되기 때문에 보온에 효과적입니다. (열복사는 온도가 작을 경우 미치는 영향이 미비함)

(완벽한 진공은 말들 수 없기에 아주 작은 대류, 전도가 일어날 수 있으므로 온도를 완벽히 유지할 수 없음)

1. 여기서 궁금한 것이 아무리 중간에 진공 상태라고 하더라도 텀블러 내부에 뜨거운 물이 있다고 가정하고 엄청 추운 밖에서 사용을 한다고 하면 텀블러 외부에 결로로 인하여 물방울이 맺혀야 하는 것 아닌가요?

-> 반대가 되죠. 텀블러 내부가 차갑고 바깥온도가 높을 경우 외부의 대기안에 있는 수증기가 액화해 텀블러 외부에 물방울이 맺힙니다.

2. 진공 상태이면 열 전도가 하나도 안되는 것인지, 발생하지 않는 이유가 궁금합니다.

-> 위 설명 참조

Answer 5

안녕하세요. 김석진 과학전문가입니다.

먼저 결로 현상은 공기 중의 수증기가 더 낮은 온도의 벽면이나 창 등의 면에 닿아 온도차로 인해 표면에 이슬로 맺히는 현상을 말합니다.

즉, 텀블러 안팎의 온도차가 심하게 발생할 경우 생길 수 있다는 건데요

하지만 최근 텀블러 대부분의 경우 내벽과 외벽 사이를 진공 처리한 이중 진공 단열 구조로 결로를 예방하게끔 되어있습니다.

외벽과 내벽 사이에 공기층이 들어가는데, 공기는 열전도율이 0.025으로 열전달이 매우 느립니다.

따라서 내부에 담긴 음료 온도가 표면에 영향을 주지 않게 됩니다. 즉 텀블러 내‧외부의 온도 차로 표면에 물방울이 생기는 ‘결로 현상’이 없게 되는 거죠.