패딩 속 충전재는 왜 거위털이나 오리털을 사용할까?
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4. 읽기자료 ②
뽁뽁이, 문풍지, 스티로폼 박스, 오리털 점퍼의 공통점은?
문풍지와 에어캡, 보온병, 오리털 의류, 두꺼운 솜이불 그리고 털모자의 공통점은 뭘까요?
문풍지은행잎과 단풍잎으로 곱게 물든 거리를 걸으며 가을이 왔음을 느낀 지 얼마 되지 않은 것 같은데 벌써 겨울이 성 큼 다가왔습니다. 11월 중순인데 전국적으로 첫눈이 오기도 했어요. 텔레비전 뉴스와 신문에서는 에어캡(일명 뽁뽁이)과 문풍지만 사용해도 실내 온도를 3℃나 올릴 수 있어 난방비를 10~20% 정도 줄일 수 있다는 기사를 연일 쏟아내고 있습 니다.
홈쇼핑이나 인터넷 쇼핑몰은 물론 대형마트에서도 에어캡과 문풍지 같은 방한 용품이 날개가 돋친 듯 팔리고 있고요.
제목에서 말한 뽁뽁이나 문풍지 그리고 방풍비닐과 이중창 등은 바깥에서 들어오는 차가운 바람, 외풍을 막는데 쓰는 방 한용품들입니다. 그런데 그 외에 스티로폼 박스나 오리털 점퍼는 어떤 공통점이 있을까요? 더 나아가 보온병과 털모자, 도톰한 오리털이나 솜이불 등도 모두 공통점이 있다고 하네요.
그래서 이번 주 따끈따끈 과학에서는 일명 뽁뽁이라 불리는 에어캡과 문풍지, 스티로폼 박스 그리고 오리털 점퍼 등이 어떤 공통점이 있는지 알아보려고 합니다.
대형마트나 인터넷 쇼핑몰 등에서는 문풍지나 단열용 에어캡, 손난로 등의 방한용품이 날개 돋친 듯 팔리고 있습니다.
* 알아보기
- 뽁뽁이와 문풍지로 난방비를 줄인다고?
- 뽁뽁이는 어떻게 실내온도를 높일까?
- 열의 이동과 단열
[열의 전달 방법 : 전도, 대류 그리고 복사]
- 열의 이동을 막는 ‘단열’의 재료와 방법들
[석빙고, 삼국시대에도 한 여름에 얼음을 먹을 수 있었던 이유]
* 생각 키우기
- 슈퍼 단열재, 꿈의 신소재 등으로 불리는 에어로겔(aerogel). 이 역시 뽁뽁이나 오리털 점퍼, 북극곰의 털처럼 열전도율 이 낮은 ‘공기’라는 공통점을 가지고 있다는 것을 이해하고, 공기의 단열효과에 대해 다시 한 번 생각해 보세요.
- 뽁뽁이와 문풍지로 난방비를 줄인다고?
단독주택의 경우 아파트보다 창이나 벽을 통해 집안으로 솔솔 스며들어 오는 외풍이 심한 편인데요, 이 외풍은 난방비를 결정하는 주요 요인이 됩니다. 외풍이 심한 집은 보일러를 켜도 바닥은 따뜻한데, 실내 공기는 차 겨우내 옷을 서너 겹씩 껴입고 춥게 지내야만 하는 경우가 많습니다.
이 경우에는 창문과 출입문의 틈을 막는 문풍지를 붙이면 바깥 공기를 막아 줘 실내 온도를 조금 높일 수 있어요.
또 유리창은 열을 쉽게 뺏기는 곳이기 때문에 유리문에는 우리가 흔히 뽁뽁이라고 부르는 에어캡을 붙여 실내의 열을 빼앗기지 않도록 하는 것이 실내 온도를 높이고, 난방비를 줄이는 비결이랍니다.
문풍지와 에어캡 만으로도 실내 온도를 3℃ 이상 올릴 수 있다고 하네요.
단열충전재
여러분도 보일러를 돌렸는데 실내가 훈훈해 지지 않는다고 생각된다면 집 안을 꼼꼼하게 살펴서 외풍을 차단하고 열이 빠져나가는 것을 막아 보는 것도 좋을 것 같습니다.
현관문과 창문의 틈새를 막는 문풍지가 이전에는 노란색이나 까만색, 회색 등의 스펀지 재질이어서 제거한 후 흔적이 남 아 보기 흉했는데요, 최근에는 폴리우레탄 재질의 투명한 문풍지가 유행이랍니다. 에어캡을 붙이면 사생활 보호는 물론, 캐릭터 그림이 그려진 것도 있어 인테리어 효과까지 바랄 수도 있다고 하네요.
단열용 에어캡은 비닐과 비닐 사이에 공기주머니가 들어가 있는 구조입니다.
- 뽁뽁이는 어떻게 실내온도를 높일까?
문풍지는 창문 틈에 붙여 문틈으로 들어오는 차가운 바람을 막아주니 실내 온도도 높아지는 것이 당연하다는 생각이 드는데요, 뽁뽁이 에어캡은 어떤 원리로 실내 온도를 높일 수 있는 것일까요?
뽁뽁이 에어캡은 창문 틈에 붙이는 문풍지와 달리 유리창 전체에 넓게 붙이는데요, 붙이는 방법도 아주 쉽습니다. 접착 제나 테이프도 필요 없고, 창문에 물을 뿌린 후 꼼꼼하게 눌러 붙이기만 하면 끝입니다. 보통 물건이 깨지거나 배송 중 찌그러질 위험이 있는 것을 운반할 때 쓰는 에어캡은 비닐에 동글동글한 공기방울 같은 것이 촘촘하게 박혀 있는 것처럼 생겼는데요, 단열용 에어캡은 그 위에 또 한 겹의 비닐이 덧대어져 있어 좀 더 도톰하게 느껴집니다. 이 올록볼록한 비닐 속에 공기층이 더 많이 형성돼 있어 열전도율을 낮춰 줘 열전달을 막는데 뛰어난 효과가 있는 것이랍니다.
에어캡의 원리
창문 틈에 문풍지를 붙이고, 창문에는 단열 에어캡을 붙였는데도 실내 온도가 높아지지 않는다면 창문 전체를 커튼처럼 감싸는 방풍 비닐을 사용해 보는 것도 좋습니다. 하지만 이 방풍 비닐은 한 번 시공하면 통풍이 거의 불가능하므로, 이슬 이 많이 맺히는 결로현상이 생겨 자주 환기를 시켜야 하는 곳은 꼭 밀폐형이 아닌 지퍼식 방풍 비닐을 설치하는 것이 좋 답니다.
유리창에 단열용 에어캡을 붙이면 열의 이동이 쉬운 유리창에 공기층이 형성돼 방풍, 방한 효과가 있어요. 여름에는 바 깥의 뜨거운 열기를 차단하고, 자외선까지 차단해 줘 냉방 효율을 높여줘요. 10~20% 정도의 냉난방비 절감에 효과가 있 답니다.
- 열의 이동과 단열
물체와 물체 사이에 서로 열이 통하지 열의 이동 그러니까 열의 전달이란 열을 주고받는 것을 말하고, 단열은 이렇게 열 을 서로 주고받는 것을 막는 것, 열의 이동을 막는 것을 말해요. 물질에 따라 열이 이동하는 방법은 전도와 대류, 복사가 있어요.
[열의 전달 방법 : 전도, 대류 그리고 복사]
전도는 서로 만나야 줄 수 있는 것으로, 쇠막대기 한쪽 끝을 가열하면 다쪽 한쪽이 어느새 뜨거워지는 것이 대표적인 예 랍니다. 전도는 젓가락이나 쇠막대처럼 고체 상태의 물질에서 잘 일어납니다.
대류는 직접 가서 전해주는 것으로, 뜨거운 물과 차가운 물을 섞을 때나 따뜻한 공기와 차가운 공기가 섞일 때가 대표적 인 예랍니다. 물과 공기처럼 자유롭게 움직일 수 있는 물질들이 온도가 올라가면 부피가 커져서 가벼워지는 데, 이 때 가 벼워진 물질들은 위로 올라가고 무거워진 차가운 물질들은 아래쪽을 채워요. 위로 올라갔던 물질들이 차가워지면서 아래 로 내려오고, 차가운 물질들이 따뜻한 물질들과 섞이면서 따뜻해져 위로 올라가고 물질이 직접 움직이면서 열을 전달하는 방법이 바로 대류입니다.
물을 가열할 때, 창문을 열 때도 마찬가지로 뜨거워진 물질은 위로, 차가운 물질은 아래로 이동하면서 대류가 일어납니 다.
복사는 중간에 열을 전달해주는 물질이 없어도 순식간에 열을 전달해 줄 수 있어요. 바로 태양열이 복사의 대표적인 예 랍니다. 태양만이 아니라 사람이나 모든 물체들은 복사열을 내보내거나 흡수해요. 이 세기가 물체의 종류와 온도에 따라 달라지지만요.
- 열의 이동을 막는 ‘단열’의 재료와 방법들
우리가 추울 때 하는 행동들이 다 열의 이동을 막는, 단열과 관련이 있어요. 잠잘 때 두꺼운 이불을 덮는 것, 오리털 점 퍼처럼 도톰한 잠바를 입고, 털모자를 쓰고, 여름에는 스티로폼 상자나 아이스박스에 얼거나 차가운 물건을 넣어두면 오 래도록 차가운 상태로 유지되는 반면, 겨울에는 따뜻한 물건을 넣으면 따뜻한 상태를 오랫동안 유지하지요.
열의 이동을 막는 단열을 위한 재료들은 생각 외로 많아요. 따뜻한 솜이나 천, 스티로폼 등은 많은 친구들이 생각해 내 겠지만, 플라스틱이나 공기, 나무 등도 단열의 재료가 돼요.
집에서 피자를 시키면 도톰한 피자상자를 도톰한 가방 같은 곳에 넣고, 오토바이에 붙어있는 도톰한 스트로폼 상자 같은 트렁크에 넣어 오는 것을 볼 수 있는데요, 이 또한 뜨거울 때 맛있는 피자가 오랫동안 열기를 뺏기지 않고 온도를 유지할 수 있도록 단열을 위한 것이랍니다.
따뜻한 겨울에 따듯한 물을 담는 보온병, 여름에 얼음물을 담는 보냉병 또한 단열의 좋은 예랍니다. 따뜻하게 혹은 시원
하게 온도를 유지하는 보온을 위해서는 고체에서의 열의 이동, 물과 공기의 움직임에 의한 열의 이동 그리고 빛에 의한 열의 이동을 모두 막아야 해요. 고체를 통한 전도나 물과 공기에 의해 대류로 열이 이동할 수도 있고, 빛에 의해 열이 이 동해 따뜻해 질 수도 있으니까요. 그래서 보온․보냉병은 두 개의 층 사이를 진공상태로 비워 둬 단열을 유지했고, 바깥의 빛이 반사가 되는 재질로 겉을 코팅해 빛까지 차단하는 단열을 해 보온을 유지하는 것이랍니다.
이중창이나 뽁뽁이처럼 중간에 공기를 잡아두는 것 역시 열을 잘 전달하지 못하도록 하는 단열제품입니다. 이중 유리창 속에는 공기가 있어 열이 잘 들어오거나 나가지 못합니다. 오리털점퍼나 털모자, 두꺼운 솜이불 속에도 공기가 많이 있어 열의 이동을 막는 단열제품인 셈이지요.
공기의 열전도율은 유리의 열전도율과 비교하면 40분의 1 정도로 매우 낮아요. 철의 열전도율에 비하면 2600분의 1 정 도로 미미한 수준이고요. 공기는 그 정도로 좋은 단열재랍니다. 추운 겨울에는 두꺼운 옷 한 번 보다는 얇은 옷을 여러 벌 입는 것이 따뜻한 이유도 바로 이 옷과 옷 사이에 있는 공기층이 열의 이동을 막아 주기 때문이랍니다.
또 집을 지을 때 스티로폼이나 유리섬유 같은 단열재를 벽 사이에 넣고 벽을 쌓아요. 한 여름 바깥의 더운 열기가 집 안 으로 들어가는 것도 막고, 한 겨울 집 안의 따뜻한 열기를 집 바깥으로 빼앗기지 않기 위함이지요.
단열면
집을 지을 때 단열재로 쓰이는 암면(Rockwool 또는 Mineral wool)은 높은 열에도 잘 견디는 인조광물성 섬유예요. 발 암물질로 알려진 석면을 대체하기 위해 개발돼 건축물을 지을 때 열의 이동을 막는 단열재나 불이 번지는 것을 막는 방 화재, 소음을 잡는 흡음재로 널리 쓰이고 있어요. 암면의 단면을 보면 알 수 있듯이 중간에 공기를 많이 포함하고 있답니 다.
[석빙고, 삼국시대에도 한 여름에 얼음을 먹을 수 있었던 이유]
석빙고
경주에 있는 이 석빙고는 조선 영조 14년(1738년)에 만들어진 얼음 창고랍니다.
석빙고라는 얼음 창고는 삼국시대 때부터 있었다고 해요. 지금 남아 있는 것은 조선시대의 것이지만요. 냉장고가 없던 그 옛날에도 한 여름에 얼음을 먹을 수 있었다니 신기하기만 하지요?
석빙고의 비밀이 바로 우리 조상들의 지혜로 ‘단열’에 신경을 썼기 때문입니다.
석빙고는 작게는 10평 남짓부터 크게는 30평 정도까지 있었는데요, 바닥은 흙을 다지고 넓은 돌을 깔았어요.
석빙고에도 환기구가 있었는데 더운 공기가 밖으로 빨리 빠져 나가도록 설계했고, 바깥의 열은 안쪽으로 들어오지 못하 도록 진흙과 석회로 단열 지붕을 만들어 덮었어요. 석빙고는 대부분 지붕 위에 잔디를 심었는데, 이 또한 태양의 복사열 로 인해 지표가 뜨거워지는 것을 막기 위한 것이랍니다. 입구에는 벽을 설치해 안으로 들어온 공기가 대류로 인해 석빙고 위쪽 환기구로 빠져나갈 수 있도록 설계했답니다.
석빙고에 저장하는 얼음의 두께는 최소 12cm 이상이었다고 해요.
* 생각 키우기
- 슈퍼 단열재, 꿈의 신소재 등으로 불리는 에어로겔(aerogel). 이 역시 뽁뽁이나 오리털 점퍼, 북극곰의 털처럼 열전도 율이 낮은 ‘공기’라는 공통점을 가지고 있다는 것을 이해하고, 공기의 단열효과에 대해 다시 한 번 생각해 보세요.
※ 에어로겔은 열은 물론 전기와 소리, 충격 등에 강해서 미래를 바꿀 물질이라는 평가를 받고 있는 신소재입니다. 에어 로겔은 공기를 의미하는 에어로(aero)와 3차원 네트워크 구조를 의미하는 겔(gel)의 합성어로 전체 부피의 약 98%가 공 기로 채워져 있어 지금까지 알려진 것 중에서는 인류가 개발한 소재 중에서 가장 가벼운 고형물이기도 하답니다.
에어로겔은 단열 소재는 물론 우주 탐사선의 소재로도 쓰이는 등 활용 범위가 넓은 차세대 신소재입니다.
출처 : LG사이언스랜드
5. 읽기자료 ③
주머니난로와 소금: 겨울철 화학
겨울입니다. 그것도 몹시 추운 겨울입니다. 지난 연말부터 시작된 강추위가 새해 들어서도 여전히 계속되고 있습니다.
일기예보에 따르면 이번 주 내내 전국적으로 추운 날씨가 이어질 것이라고 합니다. 그뿐 아닙니다. 얼마 전에도 전국적으 로 많은 눈이 내려서 여기저기서 교통사고가 일어나고 차들은 엉금엉금 거북이 운행을 해야 했는데, 또 많은 눈이 내린다 고 합니다. 눈싸움, 눈사람 만들기, 썰매 타기, 스키 타기 등 겨울에만 할 수 있는 즐거운 놀이들이 많이 있긴 하지만, 겨 울은 여러 가지로 힘든 계절임에 틀림없습니다. 이번 주에는 겨울을 나는 데 도움을 주는, 우리 주변에서 쉽게 볼 수 있 는 화학 현상에 대해 이야기하려고 합니다. 추위를 조금이나마 덜어주는 ‘주머니 난로’와 눈 쌓인 길을 녹여주고 또 얼어 붙지 않게 도와주는 ‘소금(제설제)’이 그 주인공입니다.