텀블러는 어떻게 오랫동안 냉기, 열기를 보관할 수 있나요?
안녕하세요 여름철 출근길에 대용량 텀블러에 얼음을 가득 채워서 출근을 하는데요 안에 있는 커피를 모두 먹은 텀블러를 차안에 두고 내려도 퇴근시간까지 얼음이 완전히 녹지 않고 유지되는 것이 신기합니다. 어떤 원리로 텀블러는 냉기 및 열기를 유지시킬 수 있는지 과학적인 원리를 알려주시면 감사하겠습니다.
6개의 답변이 있어요!안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.
텀블러를 선택할 때 이중벽 구조를 가진 제품을 선택하세요. 이중벽 구조는 내부와 외부 사이에 공기층을 형성하여 열 전달을 줄여주어 보온 또는 보냉 효과를 높여줍니다
안녕하세요. 김찬우 과학전문가입니다.
보온병의 원리에 대해서 알기 위해서는 우선 열이 전달되는 원리를 알아야만 하는데 열이 전달되는 방식은 크게 전도, 대류, 복사의 세 종류로 나눌 수 있습니
전도는 다른 물질을 통해서 열이 전달되는 현상입니다. 예를 들어 고기를 먹을 때 젓가락을 불판 위에 올려놓았다가 아무런 생각 없이 잡으면 손을 데일 수 있는데 가스 불에 달궈진 불판의 열이 젓가락을 뜨겁게 만들기 때문입니다. 이런 현상을 열의 전도라고 합니다.
대류는 기체나 액체 등, 유체를 가열할 때 나타나는데 예를 들어 물을 넣은 주전자의 바닥만을 가열해도 주전자 안의 물이 전부 다 데워지는 것이 대류현상입니다
공기나 물의 어느 한 부분을 가열하게 되면, 그 부분의 온도가 올라가고, 공기나 물 분자의 운동이 활발해 따뜻한 물은 다른 차가운 물이나 공기가 있는 곳으로 움직입니다. 차가운 공기나 물은 따뜻한 공기나 물이 있던 공간으로 이동하게 됩니다
하지만 복사는 열이 전달되기 위해 중간 전달 매개체가 필요한 전도나 대류와 전혀 다릅니다. 복사는 중간 매체 없이도 열이 직접 전달되는 현상을 말합니다
태양에서 오는 빛을 전도의 대표적인 예로 설명할 수 있는데 우주에는 공기나 물이 없지만 태양의 뜨거운 열은 지구까지 전달됩니다. 바로 복사 현상 덕분입니다. 열을 가진 물체는 적외선을 방출하는데 이것이 복사의 원천이 됩니다
보온병은 이중의 벽 구조를 가집니다. 벽 사이는 진공이며 안쪽은 은으로 도금된 유리벽으로 만들어져 있습니다. 왜냐하면 위에서 설명한 것처럼 공기나 물이 없는 빈 공간을 통해서는 열의 전도가 불가능해 열을 빼앗기지 않기 때문입니다.
보온병 내부의 열은 유리벽이나 마개를 통해 전도가 되겠지만 벽이나 마개를 이루고 있는 유리, 플라스틱, 코르크가 모두 부도체이므로 온도 변화에는 많은 시간이 걸립니다. 그래서 보온병은 전도에 의한 열의 손실이 적습니다.
또 보온병에는 진공 상태의 벽이 있기 때문에 벽을 통해 공기를 열이 이동하는 대류에 의한 열 손실도 적습니다. 병 안 쪽의 은도금 벽은 열을 다시 병 속으로 반사시키는 역할을 합니다. 따라서 복사에 의한 열 손실도 방지되기 때문입니다.도움이 되셨다면 추천과 좋아요 부탁드리겠습니다.
안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.
보온병과 같은 원리입니다.
텀블러는 보온병처럼 외부와의 열 출입을 최대한 줄여 온도변화를 적게 만듭니다.
자연에서 열은 전도, 대류, 복사의 3가지 방법으로 열평형에 이를 때까지 전달되는데 텀블러는 이 3가지 열전달을 최소화 할 수 있게 설계되었습니다.
우선 이중벽으로 만들어졌고, 내벽과 외부벽 사이 공간은 진공에 가깝게 만들어졌으며 그 결과 열을 전달할 물질이 없으므로, 전도와 대류가 최소화됩니다. 또 내벽과 내용물이 닿는 부분은 금속 도금이 되어있어 전자기파에 의한 복사를 최소화합니다.
그리고 일부 텀블러의 경우 마개는 플라스틱이나 고무같이 열전도가 잘 안되는 물질로 만들어져 열 손실을 줄입니다.
이런 방식으로 내외부의 열의 이동을 줄여 온도를 유지시키는 것입니다.
안녕하세요. 박정철 과학전문가입니다.
텀블러는 일반적으로 진공 단열 기술을 사용하여 음료의 온도를 유지합니다. 이는 두 개의 스테인리스 스틸 층 사이에 공기를 제거하여 '진공' 상태를 만드는 것을 의미합니다.
진공은 열 전달을 방해하는데, 이유는 열이 세 가지 방식으로 전달되기 때문입니다:
전도: 물질 내부에서 분자나 원자가 직접 충돌하며 열 에너지를 전달하는 현상입니다.
대류: 가열된 액체나 기체가 상승하고, 대신 차가운 액체나 기체가 그 자리를 차지하는 현상입니다.
복사: 전자기파(예: 햇빛)의 형태로 에너지가 전달되는 현상입니다.
진공 텀블러에서는 공기(즉, 분자)가 거의 없으므로 전도와 대류 방식으로의 열 전달이 크게 억제됩니다. 따라서 텀블러 내부의 음료와 외부 환경 간에 거의 열 교환이 일어나지 않아 음료의 온도가 오랫동안 유지됩니다.
복사 방식으로의 열 손실은 외부 코팅이나 반사 층 등을 사용해 최소화할 수 있습니다. 예를 들어, 텀블러 내측에 반사 코팅을 하면 복사에 의한 열 손실을 줄일 수 있습니다.
따라서 이런 구조와 원리 덕분에 텀블러는 오랫동안 냉기나 열기를 보관할 수 있습니다.
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
텀블러는 보통 냉기와 열기를 오랫동안 유지할 수 있도록 이중벽 구조로 되어 있습니다. 이중벽 구조는 두 개의 벽 사이에 진공층을 형성하여 열전달을 막아주는 열차단 효과를 가지기 때문에, 냉기나 열기를 오랫동안 유지할 수 있습니다.
또한, 텀블러는 내부와 외부의 온도 변화를 막기 위해 적층 구조로 되어 있습니다. 내부와 외부의 온도차가 크다면, 내부에 있는 공기가 외부에 있는 공기와 접촉하여 열전달이 일어나기 때문입니다. 이를 방지하기 위해, 적층 구조로 두꺼운 벽을 형성하고, 내부와 외부의 공기가 접촉하지 않도록 막아주는 역할을 합니다.
마지막으로, 텀블러의 뚜껑은 밀폐성이 좋아서, 냉기나 열기가 쉽게 빠져나가지 않도록 설계되어 있습니다. 따라서, 텀블러는 이중벽 구조와 적층 구조, 그리고 밀폐성이 뛰어난 뚜껑 등의 기술적 요소들이 결합하여, 오랫동안 냉기와 열기를 보관할 수 있도록 설계되어 있습니다.
안녕하세요. 조사를 해본 결과 텀블러가 냉기 및 열기를 유지하는 원리는 단열입니다. 단열은 열의 전달을 막는 것을 의미합니다. 텀블러는 내부에 스테인리스 스틸이나 알루미늄과 같은 금속 재질을 사용합니다. 이 금속 재질은 열전도도가 낮아 열이 잘 전달되지 않습니다. 또한, 텀블러의 겉면에는 실리콘이나 플라스틱과 같은 재질로 코팅을 하여 열이 외부로 전달되는 것을 막습니다.
텀블러 안에 얼음을 채우면, 얼음에서 나오는 냉기가 내부의 커피를 차갑게 유지해줍니다. 또한, 텀블러의 뚜껑을 닫아두면 공기와의 접촉을 차단하여 외부의 열이 내부로 들어오는 것을 막습니다.
따라서, 텀블러를 차안에 두고 내려도 퇴근시간까지 얼음이 완전히 녹지 않고 유지되는 것은 단열의 원리 때문입니다.
텀블러의 단열 효과를 높이기 위해서는 다음과 같은 방법을 사용할 수 있습니다.
텀블러의 재질을 열전도도가 낮은 금속 재질로 선택합니다.
텀블러의 겉면을 열전도도가 낮은 재질로 코팅합니다.
텀블러의 뚜껑을 닫아두어 공기와의 접촉을 차단합니다.
텀블러에 얼음을 충분히 채웁니다.
텀블러를 서늘한 곳에 보관합니다.
이러한 방법을 통해 텀블러의 단열 효과를 높여 냉기 및 열기를 오랫동안 유지할 수 있습니다. 도움이 되셨다면 좋아요 추천 부탁드립니다. ^^
