예전 유튜브 영상을보다가 봤는데 물이 얼을때 뜨거운물이 더빨리언다는데 이유를 자세히 알고싶습니다.

Question

예전 유튜브 영상을보다가 봤는데 물이 얼을때 뜨거운물이 더빨리언다는데 이유를 자세히 알고 싶습니다.

또 누가 이 사실을 밝혀내고 증명했는지도 같이 부탁드립니다.

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

뜨거운 물이 찬물보다 빨리 어는 이 현상은 음펨바 효과라고 불러요. 이름의 유래를 따라가다 보면 누가 밝혀냈는지가 자연스럽게 나오니, 거기서부터 시작할게요.

이 현상을 세상에 알린 건 탄자니아의 에라스토 음펨바라는 학생이에요. 1960년대에 학교에서 아이스크림 만드는 수업을 하다가, 끓인 우유를 식히지 않고 뜨거운 채로 냉동실에 넣었는데 차게 식혀 넣은 친구들 것보다 자기 것이 먼저 얼어버린 걸 발견했어요. 다들 말도 안 된다며 비웃었지만 음펨바는 의문을 놓지 않았어요. 그러다 학교를 방문한 물리학자 데니스 오스본에게 이 질문을 던졌고, 오스본이 직접 실험해보니 정말로 그런 현상이 나타난 거예요. 두 사람은 1969년에 함께 논문을 발표했고, 그 학생의 이름을 따 음펨바 효과로 불리게 됐어요. 사실 아리스토텔레스나 베이컨, 데카르트도 비슷한 관찰을 남겼지만, 현대에 다시 주목받게 만든 건 이 호기심 많은 학생이었던 거예요.

왜 이런 일이 일어나는지는 지금도 과학자들 사이에서 논쟁이 이어지고 있어요. 항상 일어나는 게 아니라 조건이 맞아야 나타나거든요. 그래서 단일한 정답보다 여러 요인이 함께 작용한다고 보는데, 설득력 있는 설명들을 짚어드릴게요.

가장 크게 꼽히는 건 증발이에요. 뜨거운 물은 표면에서 수증기가 활발하게 날아가요. 그러면 얼려야 할 물의 양 자체가 줄어드니 그만큼 빨리 얼고, 증발하면서 열도 함께 빼앗아가니 냉각 속도도 빨라져요. 큰 컵보다 작은 컵의 물이 빨리 어는 것과 비슷한 효과예요.

두 번째는 녹아 있는 기체예요. 찬물에는 공기나 이산화탄소가 많이 녹아 있는데, 물을 끓이면 이 기체들이 빠져나가요. 기체가 적은 물이 얼음 결정을 더 쉽게 만든다는 설명이 있어요.

세 번째는 대류예요. 뜨거운 물은 컵 안에서 위아래로 도는 흐름이 활발해서 열이 골고루 빠르게 빠져나가요. 따뜻한 물이 표면으로 올라와 식고 다시 내려가는 순환이 활발하니 전체 냉각이 효율적으로 일어나는 거예요.

다만 분명히 해둘 게 있어요. 이 효과는 조건이 까다로워서 평소 냉장고에 물을 넣을 때는 거의 나타나지 않아요. 일상에서는 당연히 찬물이 먼저 어는 게 정상이에요. 음펨바 효과는 특정한 용기, 물의 양, 온도 차이, 주변 환경이 딱 맞물릴 때만 가끔 모습을 드러내는 현상이거든요.

정리하면 뜨거운 물이 빨리 어는 음펨바 효과는 증발과 기체 방출, 대류 같은 여러 요인이 맞물려 일어나고, 탄자니아 학생 음펨바와 물리학자 오스본이 1969년에 함께 밝혀 이름 붙인 현상이에요. 직관이 늘 정답은 아니라는 것, 그리고 한 학생의 끈질긴 호기심이 과학사에 이름을 남길 수 있다는 걸 함께 보여주는 멋진 사례랍니다 :)