학문
완강한바다사자135
같은 20도의 온도인데도 공기 중보다 물속에 들어갔을 때 훨씬 차갑게 느끼는 이유
여름철에 섭씨 20도 정도의 기온에서는 전혀 춥다고 느끼지 않지만, 똑같이 20도인 물속에 들어가면 온몸에 오한이 들고 엄청 차갑게 느껴집니다. 온도계의 수치는 똑같은데 왜 우리 몸이 받아들이는 체감 온도는 큰 차이가 나는지 궁금합니다
4개의 답변이 있어요!
사람의 몸이 느끼는 온도는 온도 자체가 아니라 열이 빠져나가는 속도를 느끼기 때문입니다.
물은 공기보다 열전도율이 약 24배나 높아 피부 표면의 체온을 훨씬 빠르게 빼앗아 갑니다. 게다가 물은 밀도와 비열이 커서 공기보다 같은 부피 대비 약 4,000배나 많은 열을 흡수할 수 있습니다.
또한 공기 중에서는 피부 주변에 따뜻한 공기층이 형성되지만, 물속에서는 열을 끊임없이 빼앗깁니다.
결국 동일한 20도 환경이라도 물속에서는 체온이 공기 중보다 20~25배 빠르게 떨어지게 되고, 열 손실 속도가 너무 빠르면 뇌는 이를 위기로 인식해 근육을 떨게 하여 오한을 일으키는 것입니다.
결국 20도의 물은 20도의 공기보다 몸의 열을 훨씬 더 빠른 속도로 빼앗아 가기 때문에 훨씬 차갑게 느끼는 것입니다.
안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
같은 20도 라도 물은 공기보다 열을 훨씬 빠르게 빼앗아 가기 때문에 더 차갑게 느껴집니다. 물은 공기보다 열전도와 대류에 의한 열 전달이 커서, 약 37도인 몸의 열이 물속에서 빠르게 빠져나갑니다 .그래서 피부 온도가 급격히 떨어지고 혈관수축이나 떨림까지 나타날 수 있습니다.
안녕하세요, 완강한바다사자135님. 이중철 전문가입니다.
동일한 섭씨 20도 환경이라도 공기 중보다 물속에서 훨씬 강한 추위를 느끼는 핵심 원인은 물의 열전도율과 부피당 열용량이 공기보다 압도적으로 높아 피부에서 열을 빼앗아 가는 속도가 비교할 수 없이 빠르기 때문이에요.
우리 인체의 피부 감각기관은 주변의 절대적인 온도를 측정하는 것이 아니라 체열이 외부로 빠져나가는 유출 속도(열 손실률)를 감지하므로, 동일한 온도라도 물속에서 급격한 열 손실이 일어나 극심한 차가움을 느끼게 되는 것이랍니다.
■ 열전도율의 극명한 차이와 빠른 열 이동
물질이 열을 전달하는 능력을 나타내는 열전도율에서 물과 공기는 엄청난 차이를 보입니다. 정지된 공기는 열전도율이 약 0.026 W/m·K 수준으로 매우 낮아 자연계에서 가장 뛰어난 단열재 중 하나로 꼽힙니다. 반면에, 액체 상태인 물의 열전도율은 약 0.6 W/m·K에 달하여 공기보다 열을 전달하는 속도가 약 23배에서 25배가량 빠릅니다. 인체의 정상적인 피부 표면 온도는 보통 32도에서 34도 안팎을 유지하는데요. 20도의 공기 중에 있을 때는 피부에서 공기로 열이 천천히 이동하지만, 20도의 물속에 들어가는 순간 피부 표면의 열이 물 분자로 순식간에 전달되어 빼앗기게 된답니다.
■ 물의 높은 밀도와 거대한 부피당 열용량
열을 흡수하여 머금을 수 있는 능력인 열용량의 차이 또한 체감 온도에 결정적인 영향을 줍니다. 물의 비열은 1g당 약 4.18J로 공기보다 약 4배 높으며, 분자가 빽빽하게 밀집된 물의 밀도는 공기보다 약 800배 이상 큽니다. 이를 종합한 단위 부피당 열용량을 비교하면, 같은 부피의 물은 공기보다 열을 약 3,000배에서 4,000배 이상 많이 흡수할 수 있어요. 공기 중에 있을 때는 피부에 닿은 얇은 공기층이 체열을 흡수하여 금방 데워지지만, 물은 체열을 아무리 많이 흡수해도 물 자체의 온도가 거의 올라가지 않고 계속해서 차가운 상태로 피부의 열을 끊임없이 빨아들입니다.
■ 미세 단열층 파괴와 활발한 대류 현상
물속에서는 피부 주위를 감싸 체온을 지켜주는 미세 경계층(단열막)이 형성되기 어려운데요. 바람이 불지 않는 공기 중에서는 체온에 의해 덥혀진 얇은 공기층이 피부 표면에 머물며 보온막 역할을 해줍니다. 하지만 물속에서는 체열로 인해 데워진 미세한 수분이 부력과 수영 동작, 물의 흐름에 의해 즉시 밀려나고, 그 자리를 새로운 20도의 차가운 물이 끊임없이 대체하는 활발한 대류 현상이 일어나지요. 이로 인해 피부는 쉼 없이 차가운 물과 직접 접촉하게 되어 열 손실이 멈추지 않고 지속되는 것이랍니다.
■ 피부 냉각 수용기의 반응 메커니즘과 저체온증 위험
우리의 신경계가 온도를 인지하는 생물학적 방식은 열의 유출 속도에 기반해요. 피부 속에 분포하는 온도 수용기 중 냉각을 감지하는 냉수용기(TRPM8 이온 통로 등)는 피부 표면 온도가 급격하게 떨어질 때 가장 강력한 신경 신호를 뇌로 발송합니다. 20도의 공기에서는 피부 온도가 완만하게 유지되므로 쾌적하게 느끼지만, 물속에서는 단 몇 초 만에 피부 온도가 20도 가까이 급락하면서 뇌가 극심한 한랭 자극으로 판단하여 오한과 근육 떨림 반응을 유발하거든요. 실무적으로도 20도의 물은 여름철 수영하기에 시원한 온도로 보일 수 있지만, 인체 열 손실 속도가 체열 생산 속도를 초과하기 때문에 보호 장비(웻슈트 등) 없이 장시간 머물 경우 1~2시간 이내에 저체온증에 빠질 수 있는 위험한 온도이기도 하답니다.
정리하자면,
동일한 20도 환경이라도 물속에서 훨씬 차갑게 느끼는 이유는 물의 열전도율과 부피당 열용량이 공기보다 수십 배에서 수천 배 높아 피부의 체열을 빼앗는 속도가 압도적으로 빠르며, 피부의 냉각 수용기가 이러한 급격한 체열 손실 속도를 감지하여 강한 추위 신호로 뇌에 전달하기 때문입니다.
※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉
안녕하세요. 김창희 박사입니다.
매우 매우 좋은 질문입니다.
같은 02도라도 공기보다 물이 훨씬 차갑게 느껴지는 이유는 온도가 아니라 우리 몸의 열을 얼마나 빨리 빼앗아 가느냐가 다르기 때문에 나타납니다.
1) 물은 공보다 열을 훨씬 잘 빼앗습니다. 20도의 공기나 물에 있으면 몸의 열은 밖으로 이동하는데, 물은 공보다 열전도율이 높고 열을 저장하는 능력도 큽니다. 그래서 같은 온도라도 물속에선는 체온이 훨씬 빨리 떨어져 매우 차갑게 느껴집니다.
2) 물이 온 몸을 감싸서 흐릅니다. 공기 중에서는 피부 가까이에 몸에서 데워진 공기층이 생겨 일종의 보온막 역할을 합니다. 그렇지만 물에서는 몸 주변의 따듯해진 물이 다른 곳으로 흘러갑니다. 즉 보온 효과가 없습니다. 그렇다 보니 지속적으로 동일한 온도의 물이 계속 몸을 떄리게 됩니다.
3 )피부의 냉각 수용체가 물속에서는 피부 온도가 빠르게 내려가므로 냉각 수용체가 강하게 자극되어 "차갑다"고 느끼게 됩니다.
기온이 30도가 넘은 한여름이라면 20도 정도의 계곡물이나 바닷물에 오레 노출이 되면 체온이 결국 계속 떨어질 수 밖에 없습니다. 이는 장시간 물놀이를 너무 오래하면 몸이 떨리거나 입술이 파랗게 되는 등의 저체온등을 야기하는 원인이 됩니다.
참고부탁드립니다.
감사합니다.