1. 왜 ‘후후’ 불면서 호빵을 먹을까요?

이 질문의 답을 알기 위해서는 우선 단열팽창에 대한 이해가 필요합니다. 단열팽창이란 외부와 열 교환이 없이 물체의 부피가 늘어나는 현상입니다. 이때 부피가 팽창하게 되면서 그 안에 있는 기체 분자는 활동할 수 있는 공간이 넓어지게 됩니다. 따라서 기체 분자들은 더 많은 활동을 하게 되면서 자신이 갖고 있던 열에너지를 운동에너지로 소비하고, 결국 온도가 낮아지게 됩니다. 우리가 뜨거운 음식을 먹을 때도 마찬가지입니다. 입김을 ‘후’하게 불면 입 밖으로 나온 공기들의 부피는 팽창하게 됩니다. 즉 단열팽창으로 입속에 있던 열에너지가 운동에너지로 변하게 되면서 온도가 내려가고 공기가 차가워져서 뜨거운 음식에 유입되게 됩니다. 그래서 우리는 뜨거운 음식을 먹을 때 ‘후후’ 불면서 먹는 것입니다.

2. 우리 주변에서 볼 수 있는 단열팽창이 또 뭐가 있을까요?

단열팽창의 예는 일상생활에서도 어렵지 않게 찾아볼 수 있습니다. 그 중 간단한 예가 스프레이 입니다. 스프레이를 뿌리고 나면 스프레이 통이 차가워지는 것을 쉽게 알 수 있습니다. 이는 휴대용 가스버너를 사용할 때도 관찰할 수 있습니다. 요리를 하고 있는 가스버너에서는 열기가 올라와 뜨겁습니다. 그러나 아무리 여름이라 할지라도 부탄가스의 겉면은 이슬이 맺혀 있고 온도도 찹니다. 그 이유는 아주 급격하게 단열팽창이 일어나기 때문입니다. 즉 액체 상태의 부탄가스가 기체 상태로 배출되면서 엄청난 부피 팽창이 빠르게 일어납니다. 이때 가스가 나오는 입구는 몇 초 만에 영하로 온도가 떨어지고, 금속인 가스통으로 열전달이 바로 이루어져 가스통 전체가 시원해지는 것입니다. 그리고 우리가 단열팽창을 몸으로 직접 경험할 수 있는 방법도 있습니다. 바로 등산입니다. 단열팽창 현상 때문에 정상으로 올라갈수록 기온이 내려가고 반대로 산을 내려오면 따뜻해지는데 이는 단열압축에 의한 것입니다.

3. 단열팽창과 반대되는 현상도 주변에서 발견되나요?

단열압축은 단열팽창과 반대로 압력이 높아져 운동에너지가 열에너지로 변화하는 것을 말합니다. 단열압축은 우리 주변에서 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 우리는 일기예보에서  ‘고기압의 영향으로 화창한 날씨가 이어지겠다’라는 멘트를 종종 듣습니다. 이 고기압은 주변보다 공기가 무겁기 때문에 하강 기류가 발달하게 됩니다. 이때 공기가 하강하게 되면 주변의 기압이 높아지고 부피는 작아집니다. 그 결과 주변 온도는 상승하게 됩니다. 만약 하강하는 공기에 구름이 있었다면 기온이 이슬점보다 높아지게 되므로 구름도 사라지게 됩니다. 따라서 고기압인 곳은 구름 없는 맑은 날씨가 나타나게 됩니다. 또 펌프로 공기를 타이어 속에 넣을 때도 단열압축이 이루어집니다.