안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
일반적인 물체는 열을 받으면 부피가 늘어나지만, 고무줄은 뜨거운 바람을 쐬면 반대로 줄어드는 독특한 성질을 보입니다. 이는 고무를 이루는 고분자 사슬의 배열 변화와 자연계의 엔트로피, 즉 무질서도가 증가하려는 원리로 설명할 수 있습니다.
고무줄은 길고 복잡하게 꼬인 실타래 모양의 고분자 사슬들이 무수히 얽혀 있는 구조입니다. 상온에서 고무줄을 길게 늘려 고정하면, 엉켜 있던 사슬들이 한 방향으로 강제로 펴지면서 매우 규칙적이고 정돈된 상태가 됩니다. 과학적으로 이는 무질서도가 낮아진 상태를 의미합니다. 자연의 모든 물질은 에너지를 얻으면 더 자유롭고 무질서한 상태로 돌아가려는 경향을 가집니다.
이 상태에서 헤어드라이어로 열을 가하면 고분자 사슬에 에너지가 공급되어 분자들이 활발하게 진동하기 시작합니다. 열운동이 활발해진 분자들은 곧게 펴진 규칙적인 상태를 유지하지 못하고, 사방으로 무작위하게 움직이며 원래의 불규칙하게 엉킨 실타래 모양으로 되돌아가려고 합니다. 이 과정에서 곧게 늘어났던 사슬들이 다시 구부러지고 뭉치면서 고무줄 전체의 길이가 줄어드는 수축 현상이 일어납니다. 즉, 열에너지로 인해 분자들의 무질서도가 증가하면서 원래 상태로 복원되려는 힘이 작용하는 것입니다.