열을 잘 받는 물질의 특성 이런 건 뭔가요?

Question

색깔별로 열을 잘 받는 물질이 다르고 또 재질 별로도 다른 것 같은데 플라스틱 같은 건 열을 흡수한다기 보단 단지 높은 온도에 녹는 건가요??

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

물질이 열을 잘 받아들이는 특성은 색상과 재질에 따라 크게 달라집니다. 먼저 색상에 따라 열 흡수가 다른 이유는 빛을 받아들이는 방식 때문입니다. 태양광 같은 빛은 에너지를 품고 있는데, 어두운 색은 이 빛을 대부분 흡수하여 내부 분자를 운동하게 만들므로 온도가 빠르게 올라갑니다. 반면 밝은 색은 빛을 대부분 반사하기 때문에 에너지를 흡수하지 못해 온도가 잘 오르지 않습니다.

​재질에 따른 차이는 열전도율과 비열이라는 성질로 설명할 수 있습니다. 철이나 구리 같은 금속은 자유 전자가 활발하게 움직여 열을 아주 빠르게 전달하며, 온도를 올리는 데 필요한 열량인 비열이 작아서 적은 에너지만으로도 금속 전체가 금방 뜨거워집니다.

​많은 분이 오해하시는 플라스틱의 경우, 열을 흡수하지 않는 것이 아니라 실제로는 열을 아주 잘 흡수합니다. 다만 플라스틱은 금속과 달리 열을 주변으로 빠르게 전달하는 능력이 부족합니다. 그래서 열을 받으면 그 에너지가 다른 곳으로 분산되지 못하고 한곳에 집중적으로 쌓이게 됩니다. 이렇게 축적된 열에너지 때문에 플라스틱을 구성하는 긴 분자 사슬들의 결합이 느슨해지면서 고체 형태를 유지하지 못하고 흘러내리듯 녹는 현상이 발생합니다. 결론적으로 플라스틱은 열을 차단하는 성질 때문에 흡수한 열을 자기가 온전히 머금고 있다가 변형되는 것입니다.

Answer 2

안녕하세요.

물질이 열과 관련해 보이는 성질은 여러가지가 있는데요, 우선 첫번째로는 적외선이나 가시광선과 같은 빛을 얼마나 흡수하느냐입니다. 햇빛 아래에서 검은 옷이 더 덥게 느껴지는 이유와도 관련이 있는데요, 검은색 표면은 가시광선과 적외선을 많이 흡수하고, 흰색 표면은 상대적으로 많이 반사합니다. 그래서 같은 햇빛을 받아도 검은색 물체가 더 많은 복사 에너지를 흡수해 뜨거워질 수 있는데요, 이때 색깔 차이는 주로 복사열 흡수율과 관련이 있습니다. 다음으로는 비열이 있는데요, 이는 물질의 온도를 1도 올리는 데 얼마나 많은 에너지가 필요한가를 뜻합니다. 예를 들어 물은 비열이 매우 높아서 많은 열을 받아도 온도가 천천히 올라가며, 반면에 금속 중 일부는 비열이 낮아서 적은 열에도 금방 뜨거워지기 때문에 열을 잘 받는다처럼 느껴질 수 있습니다.

셋째는 열전도율인데요, 이는 한 부분에서 받은 열이 물질 내부로 얼마나 빨리 퍼지는가입니다. 구리, 알루미늄 같은 금속은 자유전자가 많아 열이 매우 잘 전달되다보니 금속 숟가락을 뜨거운 국에 넣으면 손잡이까지 빨리 뜨거워집니다. 반면 플라스틱은 열전도율이 낮아서 열이 천천히 전달되기 때문에 뜨거운 컵 손잡이에 플라스틱을 많이 쓰는 것입니다.

마지막은 고온에서 구조가 얼마나 버티는지를 의미하는 열적 안정성이 있습니다. 플라스틱도 당연히 열에너지를 흡수하며, 모든 물질은 열을 흡수할 수 있습니다. 다만 플라스틱은 금속처럼 열을 빠르게 전달하지 못하고, 내부의 고분자 사슬이 특정 온도 이상에서 움직이기 시작하는데요, 따라서 딱딱했던 구조가 부드러워지거나 녹는 것처럼 보입니다. 즉 플라스틱은 열을 안 흡수해서 녹는 것이 아니라, 열을 흡수한 결과 고분자 사슬 배열이 무너지거나 움직이면서 형태가 변하는 것입니다. 감사합니다.