우리 주변 가전제품의 원리

아이들의 성장 발달 과정 중 ‘왜’ 공격이 시작될 때가 있다. “하늘은 왜 파래?”, “철은 왜 자석에 붙어?”, “전구에서는 왜 빛이 나?” 이는 아이가 생활 속 과학에 호기심을 보이기 시작했다는 증거다. 아이들의 반짝이는 눈망울을 보고도 “하늘이 원래 파란 거지 왜가 어딨니?”라고 말할 것인가. 사소한 질문에도 과학의 원리를 척척 설명할 수 있는 똑똑한 부모가 되자.

“냉장고는 왜 늘 차가워?”


준비물 술 같은 알코올류, 솜
“아들아, 날씨도 더운데 냉동실에서 아이스크림 좀 가져오너라.”
“응! 근데 아빠, 냉장고는 더운 날씨에도 계속 차가운 거지?”
“그렇지. 그러니까 더운 날씨에 시원한 아이스크림을 먹을 수 있는 거지.”
“냉장고가 어떻게 하는 거야?”
“뜨거운 여름날 동네 슈퍼마켓 아저씨가 길가에 물을 뿌리는 걸 봤지? 왜 그런 걸까?”
“날씨가 너무 더우니까 길가가 시원해지라고.”
“그렇지 그게 바로 냉장고의 원리야.”

물은 수증기로 변신해서 가벼워져 위로 올라간단다. 그런데 어떤 물질이든 다른 형태로 변신할 때는 늘 ‘파워’가 필요해. 울트라맨이나 파워레인저처럼 말이야. 물이 수증기로 변신하기 위해서 필요한 파워는 주변에 있는 뜨거운 열이야. 열이 있으면 물은 수증기로 변해. 그럼, 물의 종류 중에서도 특히 이 술 같은 알코올이 빨리 변신하니까 이걸로 실험해보자.

(아이의 손에 알코올을 살짝 묻혀주세요.)

“어때? 시원하지?”
“응! 주사를 맞을 때 소독하는 것과 같아.”

그래. 바로 술이 너의 손에 있던 열에너지를 이용해 수증기로 변신한 거야. 그러니까 너는 열을 빼앗겼으니까 시원하게 느끼는 거고. 냉장고가 음식을 차갑게 하는 것도 이런 작용을 이용하는 거란다. 냉장고의 안에는 ‘응축기’라고 하는 관이 꼬불꼬불 연결돼 있는데 이 응축기 안에서 물과 비슷한 물질이 수증기로 변신했다가 다시 액체가 됐다가 하는 것을 반복하는 거란다. 앞에서 말했듯이 변신에는 열의 힘이 필요하다고 했지? 변신할 때는 주변의 열에너지를 얻는 거야. 그런 과정에서 냉장고 속은 자연히 차가워지는 거지.

아빠에게 한마디
일반 냉장고와 김치냉장고의 차이
우리나라의 특수 상황으로 냉장고만큼이나 김치냉장고가 각 가정에서 많이 사용되고 있지요. 김치냉장고는 일반 냉장고에 비해 뛰어난 냉기 단속으로 김치를 더 오랫동안 보관할 수 있도록 한 겁니다. 그러니까 냉장고 기술의 업그레이드 버전이지요. 일반 냉장고는 문을 열면 외부의 공기가 냉장고로 들어갑니다. 그러나 김치냉장고는 서랍식 혹은 상부 개폐식으로 설계돼 문을 열어도 외부 공기가 들어가기 어렵게 만들어졌어요.

“아빠, 다리미도 참 신기해. 왜 뜨거운 것을 대면 옷 주름이 펴져?”
네 말을 들으니 우리 주변은 과학으로 둘러싸여 있는 느낌이구나. 다리미가 옷의 주름을 펴는 것도 참 신기한 일이지. 마치 마법처럼 빳빳해지니까 말이야. 주름이 생기는 것들은 뭐가 있을까? 음, 종이를 생각해볼까? 종이를 힘주어 움켜쥐면 접히기도 하고 주름도 생기지? 주름이란 물건을 이루고 있는 작은 분자들이 무리한 힘을 받아서 원래의 형태로 돌아가지 못하고 남아 있는 흔적이야. 물건에는 분자가 꽉 차 있기 때문에 힘을 가해서 구부리면 원래대로 돌아가지 못하고 주름이 남는단다.

“여기서 질문, 그럼 이 주름들은 어떻게 하면 펼 수 있을까?”
“분자를 다시 제자리에 갖다놓으면 돼.”

바로 그거야! 분자를 움직이기 쉽게 만드는 것이 방법이야. 분자는 기본적으로 따뜻하게 해주면 움직이게 돼. 찌그러진 탁구공에 뜨거운 물을 부으면 원래대로 펴지는 것, 난로 옆에 풍선을 두면 터지지는 것. 모두 속에 있던 분자가 열을 받아 자유롭게 움직이면서 생기는 현상이야. 다리미를 뜨겁게 해서 주름을 펴는 이유도 옷감 속의 분자들을 따뜻하게 해서 자유롭게 원래 자리로 돌아가게 만드는 것이지.

“분무기로 물을 뿌리는 건 왜 그러는 거야?”
물도 옷감의 분자를 변하기 쉽게 만드는 것 중 하나야. 네가 좋아하는 찰흙놀이를 할 때도 물을 묻히면서 하면 더 쉽게 로봇모양을 만들 수 있지? 같은 원리란다. 요즘은 스팀다리미라고 해서 물이 나오는 다리미도 있잖아. 그렇게 분자의 움직임을 쉽게 만들어놓으면 원래 모양으로 돌아가게 하는 힘이 필요해. 그래서 다리미를 좀 무겁게 만드는 거야. 무거운 다리미를 옷감에 올려놓으면 평평하게 누를 수 있는 힘이 생기니까.

“마지막으로 영어로 다리미가 뭔지 아니?”
“아이론(Iron)”
“그래. 말 그대로 ‘철’이라는 뜻이지. 무거운 철로 다리미를 만들었다는 점에서 유래한 이름이란다.”

아빠에게 한마디
프레온가스와 환경
냉장고, 김치냉장고 그리고 에어컨 모두 기화열을 이용해 냉각합니다. 옛날에는 프레온가스를 사용했지만 요즘에는 오존층 파괴 등의 문제로 대체 프레온을 사용하게 됐습니다. 그런데 이 대체 프레온도 사실 환경에 문제가 되는 물질이에요. 최근에는 논프레온 냉장고도 늘어나고 있지요. 친환경 기술들이 점점 진화하고 있습니다.

■기획 / 이유진 기자 ■글 / 서상수(한국전기연구원 공학박사) ■일러스트 / 박채빈