과냉각 현상, 냉장고 나와서 물방울이 얼음으로 순식간에 바뀌는 현상

 

이번 글은 과냉각 현상에 대해서 포스팅을 준비해 보았습니다.

 

과냉각 현상, 냉장고 나와서 물방울이 얼음으로 순식간에 바뀌는 현상

 

과냉각 현상이란 물질을 냉각시켰을 때 상의 변화가 일어나야 할 온도를 지나도 변화가 일어나지 않고 원래의 상을 유지하는 현상을 말합니다. 예를 들어, 순수한 물은 0℃에서 얼어야 하지만, 냉장고에서 꺼낸 물이나 소주가 0℃ 이하의 온도에서도 얼지 않고 액체 상태로 남아있는 경우가 있습니다. 이러한 현상을 과냉각 현상이라고 합니다.

 

이 상태에서 아주 조그마한 충격에도 순식간에 물이 얼음으로 바뀌는 현상을 보셨다면 제대로 과냉각 현상을 목격하신 것입니다. 

 

 

 

과냉각현상 원리 및 이유

 

해당 현상은 물질의 냉각 속도와 결정핵의 존재 여부에 영향을 받습니다. 물질의 냉각 속도가 빠르면, 물질의 원자나 분자가 상의 변화에 필요한 위치나 구조로 재배열되기 전에 온도가 떨어지게 됩니다. 

 

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이때, 물질은 불안정한 과냉각 상태에 머무르게 됩니다. 또한 , 상의 변화는 결정핵이라는 작은 결정 조작이 필요합니다. 결정핵은 물질의 원자나 분자가 결합하여 결정 구조를 형성하는 씨앗 역할을 합니다. 결정핵이 없으면, 물질은 과냉각 상태에서 결정 구조로 변하지 못하고 액체 상태를 유지하게 됩니다.

 

 

 

예시

 

과냉각 현상은 우리 주변에서도 많이 볼 수 있습니다. 대표적인 예로는 구름이 있습니다. 구름은 공기가 상승하면서 기압이 낮아지고 온도가 떨어지면서 수증기가 물방우로 변하는 현상입니다. 하지만, 구름 속의 물방울은 0℃ 이하의 온도에서도 얼지 않고 액체 상태로 존재할 수 있습니다.

 

이것을 과냉각 물방울이라고 부릅니다. 과냉각 물방울은 외부의 충격이나 얼음 결정핵과 만나면 순식간에 얼음으로 변하게 됩니다. 이때, 방출되는 잠열로 인해서 구름의 온도가 상승하고, 구름의 부피가 커지면서 강한 비나 눈을 내리게 됩니다.

 

과냉각 현상은 항공기에도 영향을 미칩니다. 항공기가 과냉각 물방울이 있는 구간을 지나면, 과냉각 물방울이 항공기의 표면에 부착되어 결빙하는 현상이 발생합니다. 이러한 결빙은 항공기의 균형을 깨트리고, 엔진이나 통신 장비에 문제를 일으킬 수 있습니다. 따라서 , 항공기는 과냉각 현상을 피하거나, 결빙을 방지하거나 제거하는 장치를 갖추고 있습니다.

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과냉각 현상은 물리학의 흥미로운 주제 중 하나입니다. 과냉각 현상을 이해하고 활용하면, 다양한 분야에서 새로운 발견이나 응용이 가능할 수 있습니다.