높은 산에 올라가서 부탄가스 버너를 켜면 평지보다 불꽃의 화력이 약하고 가스통이 쉽게 차가워지는 것을 느낄 수가 있는데요. 왜 이런 현상이 나타나는지 궁금합니다.

Question

높은 산에 올라가서 부탄가스 버너를 켜면 평지보다 불꽃의 화력이 약하고 가스통이 쉽게 차가워지는 것을 느낄 수가 있는데요. 왜 이런 현상이 나타나는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

높은 산에서 부탄가스 버너의 화력이 약해지고 가스통이 쉽게 차가워지는 현상은 기압 저하와 가스의 기화 열역학적 특성 때문에 발생합니다.

부탄가스통 내부에는 가스가 높은 압력으로 압축되어 액체 상태로 들어있습니다. 버너를 켜면 액체 가스가 기체로 변하며 분출되는데, 이때 주변의 열을 흡수하는 기화열 현상으로 인해 가스통이 차가워집니다. 높은 산은 평지보다 기압이 낮기 때문에 액체가 기체로 변하는 속도가 훨씬 빨라집니다. 가스가 순식간에 기화하면서 주변 열을 급격하게 빼앗아가므로 가스통이 평지보다 훨씬 더 빠르게 얼어붙듯 차가워지는 것입니다.

이렇게 가스통의 온도가 지나치게 떨어지면 화력이 약해지는 원인이 됩니다. 부탄가스는 온도가 낮아지면 기화가 잘 되지 않는 성질이 있습니다. 기압이 낮아 초반에는 가스가 빠르게 기화했지만, 그 결과 가스통 자체가 너무 차가워지면서 점차 액체 가스가 기체로 증발하지 못하게 가로막는 역효과가 일어납니다. 결국 버너로 공급되는 가스의 양이 줄어들어 불꽃이 약해집니다.

여기에 고지대의 낮은 기압과 평지보다 부족한 산소량으로 인해 가스가 제대로 타지 못하는 불완전 연소까지 더해지면서 전체적인 화력이 눈에 띄게 떨어지게 됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 높은 산에서 부탄가스 버너의 화력이 약해지고 가스통이 차가워지는 것은 기압, 온도, 그리고 기화 과정이 함께 작용하기 때문입니다. 부탄가스는 액체 상태로 저장되어 있다가 기체로 증발하면서 버너로 공급되는데요, 액체가 기체로 변하는 기화 과정에는 열이 필요합니다. 이 열은 주로 가스통 자체와 주변 공기로부터 공급받으며, 가스가 계속 증발하면 가스통 내부의 열이 빠져나가면서 점점 차가워집니다. 특히 산에서는 이 현상이 더욱 두드러지는데요, 높은 고도는 대체로 기온이 낮아 가스통이 외부로부터 공급받을 수 있는 열이 적습니다. 가스통 온도가 내려가면 부탄의 증기압도 낮아져 기체가 충분히 만들어지지 못하고, 결과적으로 버너로 공급되는 가스량이 줄어들어 화력이 약해집니다. 게다가 부탄의 끓는점은 약 -0.5℃ 정도라서 온도가 낮아질수록 기화가 어려워집니다. 반면 겨울용 가스에 섞이는 이소부탄이나 프로판은 더 낮은 온도에서도 잘 기화하기 때문에 고산이나 겨울철에 유리합니다. 또한 높은 산에서는 기압이 낮아져 공기의 밀도가 감소하고, 같은 부피의 공기 속에 들어 있는 산소 분자 수가 줄어들다 보니 연소 효율이 떨어질 수 있습니다. 다만 일반적인 등산 고도에서는 화력 저하의 주된 원인은 산소 부족보다는 가스통의 냉각과 낮은 온도로 인한 기화 부족이라고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.

Answer 3

안녕하세요. 정철 박사입니다.

기화하게 되면 온도가 내려가는데 산은 평지보다 기온이 낮아 부탄의 증발이 더 어려워 지기 때문입니다.