냉장고는 계속 문을 열면 왜 내부 온도가 빠르게 올라갈까요?

Question

요즘 날씨가 점점 더워지면서 냉장고 문 열었다 닫았다 하기 좀 그렇더라구요. 잠깐 열었다 닫는 것만으로도 온도가 금방 변한다고 하는데, 냉장고 내부 구조나 공기 흐름 때문에 그런 건지 과학적으로 알고 싶어요.

Answer 1

냉장고 문을 열었을 때 내부 온도가 순식간에 치솟는 이유는 공기의 성질과 열역학 법칙 때문입니다.

기체의 빠른 확산과 대류 현상을 우선 꼽을 수 있습니다. 차가운 공기는 무겁고, 따뜻한 공기는 가볍습니다.냉장고 문을 여는 순간, 내부에 있던 무겁고 차가운 공기가 아래로 쏟아져 나오고, 방 안의 가볍고 따뜻한 공기가 그 빈자리를 채우며 위쪽으로 빠르게 밀고 들어갑니다. 이 공기 교환(대류)은 눈에 보이지 않지만 문을 열자마자 1~2초 만에 일어납니다.

다른 이유는 낮은 기체의 비열 때문인데요, 쉽게말해 공기는 열을 붙잡지 못하죠. 공기는 비열(물질의 온도를 1도 올리는 데 필요한 열량)이 매우 낮습니다. 즉, 온도가 쉽게 변하는 성질을 가졌습니다. 문을 열어 찬 공기가 빠져나가고 방 안의 따뜻한 공기가 들어오면, 내부에 남아있는 공기 온도는 순식간에 방 안 온도와 비슷해집니다. 

마지막으로 수증기의 잠열 때문입니다. 방 안의 공기에는 눈에 보이지 않는 따뜻한 수증기가 섞여 있습니다. 이 수증기가 냉장고 안의 차가운 벽면이나 음식에 닿으면 액체(물방울)나 기체로 변하면서 자신이 가진 열(잠열)을 주변에 방출합니다. 이 때문에 내부 온도가 더 빠르게 상승합니다.

Answer 2

냉장고는 문을 열면 안의 차가운 공기보다 바깥의 따뜻한 공기가 훨씬 쉽게 들어오기 때문에 온도가 빠르게 올라갑니다.

냉장고 안은 차가운 공기가 계속 순환하면서 온도를 유지하는데, 문을 열면 이 순환이 깨지고 대신 따뜻한 공기가 바로 들어와 섞이게 됩니다. 공기는 가벼워서 차가운 공기보다 더 쉽게 움직이고, 특히 여름처럼 바깥 온도가 높을 때는 온도 차이가 커서 더 빨리 영향을 받습니다.

또 문을 열어둔 시간 동안 냉장고는 계속 내부 온도를 낮추려고 돌아가지만, 외부에서 들어오는 열이 훨씬 많아서 잠깐만 열어도 체감 온도가 빠르게 올라가는 겁니다.

Answer 3

냉장고 내부는 주변 온도보다 훨씬 낮은 상태를 유지하고 있습니다. 문을 여는 순간 냉장고 안의 차가운 공기와 바깥의 따뜻한 공기가 즉시 섞이게 됩니다. 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 열이 이동하며 냉장고 내부의 에너지가 급격히 상승합니다.