음펨바 효과가 적용되는 조건은 어떤 경우인가요?
고온의 물이 저온의 물보다 어는 속도가 빨라지는 현상인 음펨바 효과는 어떤 온도 조건에서 발생하나요?
이 효과는 모든 상황에서 저굥이 되는 건가요? 아니면 특정한 온도 범위에서만 적용이 되는 건가요?
안녕하세요.
음펨바 효과(Mpemba effect)는 고온의 물이 예상치 못하게 저온의 물보다 빠르게 어는 현상을 지칭합니다. 이 현상의 발생 기제에 대한 명확한 이해는 아직 확립되지 않았으나, 몇몇 요인이 이를 유발할 가능성이 높다고 여겨집니다.
먼저, 온도 차이가 큰 경우, 즉 물의 초기 온도가 높을 때(특히 끓는 점 근처) 음펨바 효과가 발생할 확률이 증가합니다. 높은 온도에서 물이 노출되면 내부 에너지가 상당히 높아져, 물리적 상태 변화가 더욱 빠르게 일어날 수 있습니다.
고온의 물에서는 증발이 활발하게 일어나며, 이로 인해 물의 총 질량이 감소합니다. 질량이 감소한 만큼 열을 빨리 잃게 되어, 어는 점에 도달하는 시간이 단축될 수 있습니다.
용존 가스의 양도 중요한 역할을 합니다. 고온의 물은 용존 가스가 적게 포함되어 있어, 이는 얼음 결정 형성을 촉진하여 냉각 속도를 가속화할 수 있습니다.
마지막으로, 물이 식을 때 발생하는 대류 현상은 온도 분포를 불균일하게 만들어, 특정 부분에서 얼음이 먼저 생성될 수 있게 합니다. 이러한 대류는 고온에서 시작된 경우 더욱 뚜렷하게 나타날 수 있습니다.음펨바 효과는 아직 정확하게 원인이 밝혀진 것이
아니라는 의견이 존재하는 현상입니다.
2013년에 싱가폴의 연구팀에서 물의 수소결합과 공유결합의 상관관계에 의한 현상이다라는 연구결과를 발표했습니다.
그러나 2016년에 네이처의 사이언티픽 리포트에 게제된 발표에서는 음펨바 효과를 다룬 논문들의 데이터들을 종합해보면 그 효과를 확인하기 힘들다고 합니다.
또한 음펨바 효과가 물과는 구조가 다른 콜로이드에서도 나타나기 때문에 더욱 연구가 필요한 주제입니다.
즉, 음펨바 효과가 어느 온도구간에서 나타나는지 왜 나타나는지 등 연구가 진행중입니다.
답변이 조금이나마 도움이 되기를 바랍니다.
감사합니다.