비 오는 날이나 샤워 후 거울이 뿌옇게 흐려지는 현상의 원리는?

Question

안녕하세요. 비 오는 날이나 샤워 후 거울이 뿌옇게 흐려지는 현상은 수증기가 응결하면서 형성되는 미세 물방울 때문이라고 하던데요 이 과정에서 표면의 온도나 공기 중 상대습도는 물방울의 크기와 분포에 어떤 영향을 주나요? 또한 다이소에서 파는 김서림 방지 코팅은 어떤 화학적 원리로 물 분자의 배열을 변화시켜 투명도를 유지하는 걸까요?

Answer 1

안녕하세요.

비 오는 날이나 샤워 후 거울이 흐려지는 것은 말씀하신 것처럼 수증기가 응결되기 때문인데요 따뜻하고 습한 공기가 상대적으로 온도가 낮은 거울 표면에 닿으면, 공기 중 수증기가 더 이상 기체 상태로 유지되지 못하고 액체로 변합니다. 이때 거울 위에는 연속적인 물막이 아니라 수많은 미세 물방울이 형성됩니다. 이때 표면 온도는 응결 양상에 매우 결정적인 역할을 하는데요, 표면 온도가 공기 이슬점보다 약간 낮을 때에는 수증기가 서서히 응결되어 핵 생성 지점이 제한되고 비교적 큰 물방울이 드문드문 형성됩니다. 표면 온도가 이슬점보다 훨씬 낮을 때에는 급격한 응결 발생하고 많은 핵이 동시에 생성되므로 아주 작은 물방울이 고밀도로 분포합니다. 이때 특히 상대습도 90% 이상에서는 아주 작은 온도 변화만으로도 대규모 응결이 일어나기 때문에, 비 오는 날이나 샤워 후처럼 습도가 극단적으로 높은 환경에서는 거울이 거의 즉각적으로 흐려집니다. 다이소 등에서 판매하는 김서림 방지 제품의 원리는 표면의 젖음성, 즉 친수성을 조절하는 것인데요, 일반적인 거울 표면은 상대적으로 소수성이어서, 물이 닿으면 퍼지지 않고 둥근 물방울을 형성합니다. 반면 김서림 방지 코팅은 표면에 친수성 분자층을 형성합니다. 얇은 물막은 빛을 거의 산란시키지 않기 때문에, 거울의 반사 기능이 유지되고 김이 서리지 않은 것처럼 보이게 됩니다. 감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

비 오는 날이나 샤워 후 거울이 뿌옇게 흐려지는 현상은 수증기의 응결과 빛의 산란이 맞물려 나타나는 자연스러운 과정입니다. 따뜻하고 습한 공기 속 수증기가 상대적으로 차가운 거울 표면에 닿으면 이슬점에 도달해 작은 물방울로 변합니다. 이때 물방울은 렌즈처럼 빛을 여러 방향으로 흩어지게 하므로, 거울이 흐릿하게 보이는 것입니다.

거울 표면의 온도가 낮을수록 응결이 더 쉽게 일어나고 물방울이 많이 맺히며, 공기 중 상대습도가 높을수록 수증기가 포화 상태에 가까워져 응결이 빠르게 진행됩니다. 습도가 높으면 물방울이 크고 빽빽하게 형성되어 산란이 심해지고, 습도가 낮으면 물방울이 적거나 작아 상대적으로 덜 흐려집니다.

김서림 방지 코팅은 이러한 물방울의 형성을 억제하거나 형태를 바꾸는 방식으로 작동합니다. 일반적으로 친수성 코팅이나 계면활성제 성분이 포함되어 있는데, 이는 물 분자가 표면에 작은 구슬처럼 맺히지 못하게 하고 대신 얇고 균일한 물막을 형성하도록 유도합니다. 물막은 빛을 산란시키지 않고 투명하게 통과시키므로, 거울이 맑게 유지됩니다.