페트병에 든 뜨거운 물을 마신 후 뚜껑을 닫고 방치하면 페트병이 찌그러지는 것을 볼 수 있는데요. 그 이유를 기체의 압력과 온도 관계로 설명해 주세요.

Question

페트병에 든 뜨거운 물을 마신 후 뚜껑을 닫고 방치하면 페트병이 찌그러지는 것을 볼 수 있는데요. 그 이유를 기체의 압력과 온도 관계로 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

페트병에 뜨거운 물을 마신 후 뚜껑을 닫고 방치하면 찌그러지는 이유는 내부 기체의 온도 하락에 따른 압력 감소와 외부 대기압의 차이 때문입니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.

뜨거운 물을 넣거나 마시는 과정에서 페트병 내부의 공기가 데워져 팽창하고, 내부에서 수증기가 발생한 상태에서 뚜껑을 닫으면 뜨거운 공기와 수증기가 병 안에 그대로 밀폐됩니다. 시간이 지나 페트병이 식으면서 내부 기체의 온도가 급격히 떨어져 밀폐된 공간에서 온도가 내려가면 내부 기체의 압력도 비례해서 낮아지므로, 페트병 내부의 기압이 외부 대기압보다 낮아집니다. 내부의 뜨거운 수증기가 차가운 병 벽면에 닿아 물방울로 응축되는 것도 압력을 떨어뜨리는 주요 원인입니다. 기체가 액체로 변하면서 부피가 급격히 줄어들고, 기체 분자 수 자체가 감소하여 내부 압력이 더욱 낮아집니다.

내부 압력이 외부 대기압보다 낮아지면, 상대적으로 압력이 높은 외부 대기가 유연한 플라스틱 재질의 페트병 벽면을 안쪽으로 강하게 밀어 누르게 되어 페트병이 찌그러지게 됩니다.