고무줄을 상온에서 길게 잡아당겨 단단히 고정한 상태에서 헤어드라이어의 뜨거운 바람을 쐬어주면 고무줄이 늘어나는 대신 오히려 수축하는 현상이 왜 발생하나요?

Question

고무줄을 상온에서 길게 잡아당겨 단단히 고정한 상태에서 헤어드라이어의 뜨거운 바람을 쐬어주면 고무줄이 늘어나는 대신 오히려 수축하는 현상이 왜 발생하나요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

고무줄을 길게 잡아당기면 무작위로 엉켜 있던 긴 고분자 사슬들이 한 방향으로 곧게 정렬됩니다. 이 상태는 분자들의 배열이 매우 규칙적이고 질서 정연한 상태인데, 자연계의 물질은 기본적으로 이보다 더 무질서하고 자유로운 상태를 유지하려는 성질을 가지고 있습니다.

​여기에 헤어드라이어로 뜨거운 바람을 쐬어주면 고무 분자들이 열에너지를 흡수하여 격렬하게 진동하기 시작합니다. 에너지를 얻은 분자들은 원래의 무질서한 상태로 되돌아가려는 성질이 강해지며, 곧게 펴져 있던 사슬들이 마구 움직이다가 다시 실타래처럼 엉키고 꼬이게 됩니다. 일직선으로 펴진 실을 흔들면 사슬이 뭉치면서 전체 길이가 짧아지는 것과 같은 원리입니다.

​결과적으로 열에너지 때문에 분자들이 더 불규칙하게 꼬이려고 밀집하면서, 고무줄 전체의 길이가 줄어드는 수축 현상이 일어납니다. 일반적인 물체는 열을 받으면 부피가 늘어나는 열팽창을 하지만, 고무는 열역학적인 엔트로피 증가 법칙에 의해 오히려 수축하는 독특한 성질을 보입니다.